谷歌量子芯片有多強,！當(dāng)?shù)貢r間12月9日,，谷歌公布了其最新超導(dǎo)量子計算芯片Willow。在隨機電路采樣（RCS）基準(zhǔn)測試中,，Willow在5分鐘內(nèi)完成了當(dāng)前最強大的超級計算機之一需要102?年才能完成的計算任務(wù),。這一消息由谷歌首席執(zhí)行官桑達爾·皮查伊在社交平臺上發(fā)布，并收到了SpaceX創(chuàng)始人馬斯克和OpenAI首席執(zhí)行官奧特曼的留言互動,。皮查伊與馬斯克還討論了利用星艦在太空構(gòu)建量子集群的可能性,。

Willow不僅在RCS基準(zhǔn)測試中取得了驚人的成績，在量子糾錯,、相干時間,、系統(tǒng)工程等方面也取得了突破性進展。特別是在量子糾錯領(lǐng)域,，谷歌量子AI團隊解決了困擾該領(lǐng)域近30年的關(guān)鍵問題。錯誤率一直是量子計算的主要挑戰(zhàn)之一,。相比標(biāo)準(zhǔn)計算機CPU每十億次到每萬億次的錯誤率,，量子計算機的錯誤率要高得多,。當(dāng)前最先進的量子計算機的錯誤率通常在1%~0.1%之間。

1995年,，麻省理工學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)教授彼得·肖爾提出了量子糾錯理論,，核心思想是將多個物理量子比特編碼為邏輯量子比特，以檢測并糾正某些錯誤,?；谶@一理念，各種類型的量子糾錯代碼被陸續(xù)提出,，其中表面碼被認(rèn)為具有較高的工程實現(xiàn)價值,。表面碼是一種拓撲糾錯碼，用二維量子比特點陣編碼邏輯量子比特,，具有較高的糾錯閾值,。表面碼只需要近鄰耦合，對錯誤率的閾值要求較低,，盡管其編碼效率不高,，但已成為目前最具工程實現(xiàn)價值的編碼方法之一，特別適合超導(dǎo)量子芯片,。

谷歌Willow的關(guān)鍵進展在于實現(xiàn)了邏輯量子比特以低于量子糾錯閾值的錯誤率運行,。這意味著隨著量子比特數(shù)量的增加，錯誤率會逐漸降低,。谷歌團隊測試了從3x3到5x5再到7x7的物理量子比特陣列,，錯誤率依次減半。這使得Willow能夠在擴大量子比特數(shù)量的同時降低錯誤率,，并首次在超導(dǎo)量子系統(tǒng)實現(xiàn)實時糾錯,，使錯誤能夠在對計算產(chǎn)生破壞之前就被糾正。

除了在量子糾錯方面的顯著進展,，Willow還在基礎(chǔ)測試中展現(xiàn)出更強的計算能力和相干時間,。憑借105個量子比特，Willow在RCS基準(zhǔn)測試中,，以不到五分鐘的時間完成了一項計算,，而當(dāng)前最快的超級計算機之一需要10的25次方年才能完成同一任務(wù)。谷歌量子AI創(chuàng)始人哈特穆特·乃文表示,，Willow的RCS測試結(jié)果為量子計算發(fā)生在多個平行宇宙的觀點提供了可信度,。

Willow還將量子相干時間提高了5倍，達到100微秒,，是Sycamore的5倍,。這意味著Willow能夠維持更長的計算“工作時間”，完成更多的計算,。Willow的性能躍升離不開制造技術(shù)的進步,，芯片的生產(chǎn)是在谷歌位于圣巴巴拉的新制造工廠完成的,。設(shè)計和制造量子芯片時，系統(tǒng)工程是關(guān)鍵,，所有組件都必須經(jīng)過精細的設(shè)計和集成,。

面向未來的發(fā)展，量子計算芯片的下一個挑戰(zhàn)是在實際應(yīng)用中展現(xiàn)“有用,、超越經(jīng)典”的計算,。谷歌的目標(biāo)是在踏入經(jīng)典計算機無法企及且對現(xiàn)實世界、商業(yè)相關(guān)問題有用的算法領(lǐng)域,。