谷歌新量子计算芯片“Willow”成功解决量子纠错难题，实现超越经典计算机的关键突破

来源：芯智讯

2023年12月10日，谷歌官方博客宣布其最新量子计算芯片“Willow”取得了两项显著突破，成功应对了量子计算领域的两大关键挑战，标志着量子计算技术向实用化迈出了重要一步。

重大成就一：量子纠错的历史性进展

谷歌的“Willow”芯片在量子纠错方面表现出色，凭借105个物理量子比特，它不仅能有效地减少运算错误，还突破了近三十年来量子纠错领域的瓶颈。量子比特在计算中极易受到噪声和其他外界因素的影响，而这常常导致运算出错。通常情况下，量子比特越多，错误可能性也越高，然而“Willow”芯片的设计使得在增加量子比特数量的同时，错误率却显著下降，展现了前所未有的纠错能力。

谷歌量子 AI 实验室负责人哈特穆特·内文（Hartmut Neven）表示：“当我在2012年创办谷歌量子人工智能时，我的目标是创造一个可用于解决社会重大挑战的大规模量子计算机。‘Willow’的推出证明了我们在这方面获得了实质性进展。”这种“低于阈值”的效果至关重要，意味着谷歌在量子纠错的研究中取得了突破，未来更大规模的量子计算机的可行性也因此增强。

重大成就二：超越经典计算机的计算速度

在另一个显著的测试中，“Willow”芯片在随机电路采样（RCS）基准测试中表现出众。它在不到五分钟的时间内完成了一项传统计算机需要10^25年才能完成的计算，这一时间远超宇宙的历史。随机电路采样是量子计算领域目前最具代表性的基准测试之一，是评估量子计算机在执行经典计算机无法完成的任务时的一种标准方法。

这一成果表明，“Willow”不仅在算法的执行速度上超越了现有最强超级计算机，还在算法的复杂度和处理能力上提出了新的可能性。这一里程碑式的成就，展现了量子计算机在处理复杂问题上的潜力，是传统计算机无法比拟的。

实现量子技术从理论到应用的转变

“Willow”芯片的推出并非仅仅是技术上的突破，更是量子计算从理论向实际应用转变的重要一步。随着谷歌不断优化量子计算系统的设计、制造工艺以及整体集成，未来的量子计算机有望在真实世界的应用中找到切实的价值。

谷歌的量子硬件总监朱利安·凯利（Julian Kelly）指出，构建高性能的量子计算机不仅要关注量子比特的数量，更要致力于提高它们的质量。只有通过对全系统的优化，才能充分利用量子计算的潜力。

背后科技的支持：先进的制造工厂与系统集成

“Willow”是在谷歌位于美国圣巴巴拉的新制造工厂中研发的，该工厂专门为量子计算量身打造，具备制造高性能量子芯片所需的设备和技术。谷歌在系统设计、制造和校准方面的不断探索，确保了其量子计算芯片的整体性能与可靠性。

量子计算的进步需要不断克服环境噪声及其他干扰，这要求量子比特在激发状态下保持稳定的时间（T1时间）长达100微秒，比谷歌的上一代量子芯片提升了五倍。这样的优化使得“Willow”芯片在多个关键性能指标上均可与目前市场上最佳的量子芯片竞争。

未来展望：迈向实用的量子算法

随着“Willow”芯片的推出，谷歌将目标定在实用化的量子算法上，未来的研究将集中在开发与现实世界应用相关的“超越经典”的计算。谷歌期待通过开源软件和教育资源，与学术界及开发者共同探讨量子计算的无穷可能，推动量子人工智能的发展。

哈特穆特·内文道：“量子计算将为未来提供无法用经典计算机解决的关键问题的答案，例如药物发现和能源效率模型等。我们正处于一个转折点，期待能在2030年之前实现量子计算的广泛应用”。

随着“Willow”芯片的成功推出，谷歌将进一步推动量子计算的研究和开发，开启人类计算新纪元。量子技术的未来，正如内文所言，将不仅是对物理世界的重新定义，更是对我们思维和科学方法的深刻变革。