5 分钟完成 1000 万亿年计较任务，Google 的量子芯片意味着什么？

遇事未定，量子力学。

量子力学出身距今已有 120 多年的历史了。从光的双缝干预实验到「薛定谔的猫」想想实验，它似乎是咱们联想当中最阴私最神秘的物理学定律。好意思国表面物理学家理查德·费曼（Richard Phillips Feynman）曾说：

若是你以为你了解量子力学，那你就不了解量子力学。

即使量子力学距离咱们相配远处，却也在快速地发展：2016 年，我国得手辐照「墨子号」量子科学实验卫星；2022 年的诺贝尔物理学奖授予了三位科学家，以奖赏他们在「量子信息科学」研讨方面的孝顺。

▲2022 年诺贝尔物理学奖得主（图源：证券时报）

而 Google 近日也在「量子力学」方面有了大动作，号称「里程碑」式的立异。

Google 量子东说念主工智能团队「Quantum AI」的创举东说念主兼厚爱东说念主哈特穆特·内文（Hartmut Neven）在博客发表著述，告示推出其最新的量子芯片「Willow」，并称其为大范围量子计较机铺平了说念路。

在著述中，内文称这款芯片「在很多主张上齐领有开头进的性能」，何况「已毕了两项首要建立」：

其一，是 Willow 增多了「量子比特」的使用数目（105 个），何况「成倍地」减少了失实；其二，是 Willow 在不到 5 分钟的时间内完成了其最新的「赶快电路采样（RCS）基准测试」。

▲图源：Google

要想领略以上这些冲破性建立，咱们就必须要了解量子计较机/量子芯片的使命旨趣。

量子力学的中枢见地之一是「重叠」，即一个量子系统不错同期存在于多个景况，而量子计较机恰是诈欺这种重叠性质来创建「量子比特（Qubits）」，这是量子计较机中的基本计较单位。

与经典计较机中的二进制比特（Classic Bits）不同，量子比特不错同期处于 0 和 1 的「重叠态」。该景况使得量子计较机约略同期处理多个计较旅途或景况，从而在处罚某些复杂问题时比经典计较机更快、更高效。

▲图源：Microsoft

此外，量子比特之间还具有一种叫作念「量子纠缠」的颠倒关系：当量子比特互相纠缠时，无论距离多远，其中一个量子比特的景况会立即影响另一个量子比特的景况。

此时咱们就不错证实某个量子比特的景况得知其他量子比特的景况，这也就达到了信息传递的效劳。这种特点使得量子计较机约略在处理复杂问题时更灵验地分享和传递信息。

然而，量子比特的景况颠倒脆弱，容易受到外部环境（温度、振动、电磁等）的纷扰，导致量子信息丢失，这种欢欣称为「量子退磋商」。由于纠缠，失实可能会从一个量子比特传播到其他量子比特，进而影响计较能力。

何况因为量子比特倾向于与其环境快速交换信息，导致完成计较所需的信息很难被保护。频频，一台量子计较机使用的量子比特越多，发生的失实就越多，总共系统也就愈加倾向于「经典系统」。

▲量子纠错暗示（图源：Microsoft）

但证实内文的说法，Google 的研讨东说念主员引入了一种新的「量子纠错」设施，约略已毕 Willow 芯片所使用的量子比特越多，反而会减少更多的失实，何况失实率呈指数级下跌。

内文在著述中涌现这一历史性建立在该领域中被称为「低于阈值」，即约略在增多量子比特数目的同期减少失实。内文还强调自彼得·肖尔（Peter Shor）于 1995 年引入量子纠错以来，这一直是一项极其费劲的挑战。

因此，「低于阈值」约略展现「纠错方面的信得过发达」，而 Willow 是首个低于阈值的系统，它标明开荒超大型量子计较机的可能性确乎存在。这一研讨适度还被刊登在《Nature》杂志上。

▲图源：Google

此外，内文在著述中宣称 Willow 在 5 分钟之内就完成了宣称「现时量子计较机上完成的最难的经典基准测试」的赶快电路采样（RCS）测试，并称 Willow 的这些最新适度是「迄今为止最佳的」。

算作对比，世界上运算速率最快的超等计较神秘 10^25 年才能计较完成 RCS，这个时间以致朝上了寰宇的年纪（约 138 亿年）。

赶快电路采样（Random Circuit Sampling，简称 RCS）测试是一种用于评权衡子计较机性能的设施。其中枢想想是诈欺量子计较机奉行赶快选拔的量子门操作，生成赶快的量子态，然后对这些量子态进行采样和测量。

RCS 最早即是由内文所在的团队提议的，内文称其现在是「该领域的通用圭表」。

▲图源：Google

值得一提的是，2019 年，Google 就宣称其开发的量子处理器「Sycamore」仅用三分钟就不错完成其时世界上最快的超等计较机一万年才能完成的计较，还强调其研讨团队依然得到了「量子霸权」。

IBM 对 Sycamore 的计较测试适度提议了异议，何况「量子霸权」这个词也引起了不小的争议，尽管 Google 强调该词仅仅一个「艺术术语」。其后，Google 尽量幸免使用这个词语，仅仅说依然已毕了「突出经典计较」。

此外，IBM 和霍尼韦尔（HoneyWell）公司在他们的量子力学研讨中一般使用「量子体积」这个术语来形容和量化其量子计较机开荒，Google 却十足毋庸这个见地。浮泛斡旋圭表，导致竞品之间难以进行对比。

▲图源：Google

内文涌现，量子时候在收罗 AI 检会数据、发展新动力汽车和发现新药方面齐有其用武之地。

与此同期，他还预测了 Google 量子力学研讨的下一个所在：完成一个既「与践诺才智磋商」，又是「经典计较机无法已毕」的计较，信得过作念到「有用」何况「突出经典」。

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