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Alphabet及谷歌CEO Pichai表示，“Willow是構(gòu)建有用的量子計算機的重要一步，它在藥物發(fā)現(xiàn)、聚變能、電池設(shè)計等領(lǐng)域都有實際應(yīng)用。”而在他發(fā)文官宣這項重磅進(jìn)展后，馬斯克、OpenAI聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO Sam Altman也紛紛與Pichai在社交媒體上展開互動：

Pichai建議有朝一日用SpaceX的星艦在太空里建個量子集群，馬斯克回應(yīng)稱“這很可能會發(fā)生”。

薩姆·阿爾特曼說，“大大的祝賀??！”皮查伊則回復(fù)說，“多元宇宙未來的量子+AI即將到來，也恭喜o1發(fā)布！”

谷歌量子AI實驗室的負(fù)責(zé)人哈特穆特·內(nèi)文對此高度贊揚，認(rèn)為Willow的突破可在使用更多量子比特的情況下成倍減少錯誤，破解了近30年來一直在研究的量子糾錯挑戰(zhàn)，從而為構(gòu)建實用的大規(guī)模量子計算機鋪平了道路。

“低于臨界值”為什么這么重要？

錯誤是量子計算面臨的最大挑戰(zhàn)之一，因為量子比特（量子計算機中的計算單位）往往會與周圍環(huán)境快速交換信息，因此很難保護(hù)完成計算所需的信息。通常，使用的量子比特越多，錯誤就會越多，系統(tǒng)就會變得像經(jīng)典系統(tǒng)一樣。

根據(jù)谷歌量子AI團隊在《自然》雜志上發(fā)表的研究結(jié)果，“Willow中使用的量子比特越多，錯誤減少得就越多，系統(tǒng)就越量子化。”該團隊測試了越來越大的物理量子比特陣列，從3x3編碼量子比特網(wǎng)格擴展到5x5網(wǎng)格，再到7x7網(wǎng)格——每一次，利用谷歌在量子糾錯方面的最新進(jìn)展，錯誤率都能降低一半。

這一歷史性成就在業(yè)界被稱為“低于臨界值”——能夠在增加量子比特數(shù)量的同時降低錯誤。必須證明低于臨界值才能證明在糾錯方面取得了真正的進(jìn)展，自1995年P(guān)eter Shor引入量子糾錯以來，這一直是一項艱巨的挑戰(zhàn)。

作為首個低于臨界值的系統(tǒng)，這是迄今為止構(gòu)建的可擴展邏輯量子比特最令人信服的原型。這有力地表明，實用的超大型量子計算機確實可以構(gòu)建。Willow使之更接近運行傳統(tǒng)計算機上無法復(fù)制的實用、商業(yè)相關(guān)算法。

破解30年來重大挑戰(zhàn)

Willow芯片有105個物理量子比特，是在谷歌量子計算園區(qū)建造的制造實驗室中開發(fā)的。谷歌方面指出，作為設(shè)計和制造量子芯片的關(guān)鍵，芯片的所有組件都必須同時經(jīng)過精心設(shè)計和集成，因為如果任何組件滯后或兩個組件不能很好地協(xié)同工作，就會拖累系統(tǒng)性能。

因此，系統(tǒng)工程至關(guān)重要——從芯片架構(gòu)、制造到開發(fā)和校準(zhǔn)，需要對量子計算系統(tǒng)進(jìn)行整體評估，確保最大化系統(tǒng)性能貫穿于全流程。為此，Willow在量子糾錯和隨機電路采樣(RCS)兩個系統(tǒng)基準(zhǔn)測試中均擁有一流的性能。此類算法基準(zhǔn)測試是衡量芯片整體性能的最佳方式。

其他更具體的性能指標(biāo)也很重要；例如，T1時間(測量量子比特可以保留激發(fā)的時間長短—關(guān)鍵的量子計算資源)現(xiàn)在接近100µs(微秒)。與上一代芯片相比，實現(xiàn)了約5倍的性能提升。

谷歌量子硬件部門負(fù)責(zé)人朱利安·凱利(Julian Kelly)認(rèn)為，“迅速擴大的差距表明，量子處理器正以雙倍指數(shù)的速度趕超經(jīng)典計算機，并且隨著擴大規(guī)模，其性能將繼續(xù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過經(jīng)典計算機。”

接下來，按照谷歌團隊的說法，他們已經(jīng)進(jìn)行了兩種不同類型的實驗。一方面，運行了 RCS基準(zhǔn)測試，該基準(zhǔn)測試衡量了與傳統(tǒng)計算機的性能，但沒有已知的實際應(yīng)用。另一方面，對量子系統(tǒng)進(jìn)行了科學(xué)上有趣的模擬，這導(dǎo)致了新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，但仍在傳統(tǒng)計算機的范圍內(nèi)。我們的目標(biāo)是同時完成這兩件事——進(jìn)入傳統(tǒng)計算機無法企及的算法領(lǐng)域，這些算法對現(xiàn)實世界的商業(yè)相關(guān)問題有用。