Willow 只需五分钟就能完成当前超级计算机需要一千万亿年才能完成的任务。
谷歌推出了一款开创性的量子计算机原型，标志着计算能力的重大里程碑。这台新机器仅用五分钟就完成了当前超级计算机需要 1000 万亿年（一个难以想象的漫长时期，超过了宇宙的年龄）才能完成的任务。周一宣布的这一进展由谷歌最新的量子计算芯片“Willow”提供支持。
Willow：量子比特数量翻倍
Willow 芯片代表了量子计算领域的一次飞跃，其量子比特数比其前身 Sycamore 增加了一倍。量子比特数的增加使得量子计算误差的减少取得了重大进展。误差减少对于将量子计算机从理论构造转变为可以彻底改变科学研究和发现的实用设备至关重要。
Willow 系统指标 |
|
| 量子比特的数量 | 105 |
| 平均连通性 | 3.47
（4 路典型） |
量子纠错（芯片 1） |
|
| 单量子比特门错误'（平均值，同时） | 0.035%‡0.029% |
| 双量子比特门错误'（平均值，同时） | 0.33% $ 0.18%
（CZ） |
| 测量误差（平均值，同时） | 0.77%‡0.21%
（重复，测量量子位） |
| 重置选项 | 多级复位（1）状态及以上）
泄漏清除（12）状态仅） |
| T，时间
（意思） |
68 美国 = 13 美国？ |
| 每秒纠错周期数 | 909,000
（表面代码周期 = 1.1 us） |
| 应用性能 | ^3,57 = 2.14 $ 0.02 |
随机电路采样（芯片 2） |
|
| 单量子比特门错误'（平均值，同时） | 0.036% ÷ 0.013% |
| 双量子比特门错误'（平均值，同时） | 0.14％+ 0.052％
（类似 iswap） |
| 测量误差（平均值，同时） | 0.67% + 0.51% （终端，所有量子位） |
| 重置选项 | 多级复位（11）状态及以上）
泄漏清除（2）状态仅） |
| T，时间（平均） | 98 微秒 + 32 微秒 |
| 每秒电路重复次数 | 63,000 |
| 应用性能 | XEB 保真深度 40 = 0.1% |
| Willow 与传统超级计算机的预计时间 | 5 分钟 vs. 1025 年 |
了解量子计算机
量子计算机与日常使用的传统计算机有着根本区别。传统计算机使用在“1”和“0”之间切换的晶体管来处理信息，而量子计算机则依赖于被操纵成量子态的亚原子粒子。这些粒子被称为量子比特，它们利用了量子力学的两个关键原理：
- 叠加：量子比特可以同时存在于多个状态，而不局限于二进制值。这使得量子计算机能够执行传统系统无法实现的计算类型。谷歌使用“随机采样电路”基准测试验证了这一能力，展示了其量子计算机的卓越速度。
- 纠葛：量子比特可以相互连接，因此无论距离多远，一个量子比特的状态都会直接影响另一个量子比特的状态。尽管纠缠背后的确切机制仍是一个谜，但它在量子计算中的有效性已得到充分证实。阿尔伯特·爱因斯坦曾将这种现象称为“幽灵般的超距作用”。
应对错误挑战
尽管量子计算机潜力巨大，但由于错误率高，它们仍面临巨大挑战。量子比特非常敏感，甚至容易受到宇宙射线等微小干扰的干扰。直接观察量子比特会使其量子态崩溃，将其变成经典比特并否定其量子特性。因此，量子系统中的纠错需要通过其他量子比特进行间接观察。
随着量子计算机规模的扩大，错误率也随之上升，成为系统扩展的瓶颈。不过，谷歌量子人工智能部门开发了一种创新的纠错方法，随着量子比特的增长，错误率呈指数级下降。这一突破代表着在构建可扩展、实用的量子计算机方面取得的关键成就。
前方的路
尽管谷歌在量子纠错方面的进步使该领域更接近实现其变革潜力，但仍存在重大挑战。将量子计算机扩展到可操作的规模需要进一步创新。尽管如此，长期前景仍然十分广阔。
量子计算机有望推动材料科学和生物学领域的突破，因为它能够实现传统计算机无法实现的分子和原子级计算。此外，它们的应用范围可能远远超出当今已知的用例，释放出前所未有的机遇。
谷歌推出 Willow 芯片及其在量子纠错方面的相关进展代表着量子计算领域迈出了里程碑式的一步。尽管实用的大规模量子计算机仍未问世，但这一里程碑凸显了该技术重塑科学发现和解决目前无法克服的计算挑战的潜力。
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