12月10日，谷歌公布了一项重大突破，其最新量子芯片 Willow 在基准测试中取得了惊人成绩。这款芯片在不到 5 分钟的时间内完成了一项标准计算，而如今最快的超级计算机完成同样任务则需要花费超过 10-25 年的时间，这一时长甚至远超宇宙的年龄。Willow 的突破解决了近 30 年来一直研究的量子纠错挑战，为量子计算的发展带来了巨大的飞跃。

　　Alphabet及谷歌CEO皮查伊发文官宣这项重磅进展后，马斯克立即评论“Wow”。俩人还在评论区热聊起来，皮查伊建议有朝一日用SpaceX的星舰在太空里建个量子集群，马斯克则回应“这很可能会发生”。

　　连刚发布Sora视频大模型新品的OpenAI联合创始人兼CEO萨姆·阿尔特曼都抽空道喜：“大大的祝贺！！”皮查伊回礼道：“多元宇宙未来的量子+AI即将到来，也恭喜o1发布！”

　　皮查伊说，Willow是构建有用的量子计算机的重要一步，它在药物发现、聚变能、电池设计等领域都有实际应用。

　　“我认为大多数人并没有完全理解这一突破的重要性。”大卫·马库斯发文强调说，“这一突破意味着后量子密码学和加密技术需要进一步发展。”

　　指数级降低错误率

　　量子计算领域长期面临一大棘手难题，即通常量子比特使用数量越多，错误出现的几率就越大。

　　然而，Willow却实现了惊人突破，随着量子比特数量增加，错误率竟呈指数级下降。谷歌在国际顶尖期刊《自然》上公布的成果显示，他们对从3x3、5x5到7x7不同规模的量子比特网格进行测试，每次都能成功将错误率降低一半。

　　这一现象被称作“低于阈值”，自1995年Peter Shor提出量子纠错以来，一直是难以攻克的难题。此次成果也是超导量子系统实时纠错的首批成功范例之一，这对于任何有实际意义的计算都至关重要，毕竟如果无法足够快速地纠正错误，计算就会在完成之前被破坏NineGameSports。

　　此外，这还是一次 “超越盈亏平衡” 的精彩演示，其中量子比特阵列的寿命比单个物理量子比特更长，这是一个无法伪造的标志，充分表明纠错正在切实改善整个系统。

　　作为首个低于阈值的系统，它无疑是迄今为止为可扩展逻辑量子位构建的最具说服力的原型。

　　性能完胜超级计算机

　　谷歌运用随机电路采样（RCS）基准测试来评估Willow的性能。

　　RCS 由谷歌团队率先推出，如今已成为业界广泛采纳的标准，它是当下量子计算机上能够进行的最为艰难的经典基准测试。Willow的测试结果令人震撼不已：它在不到5分钟的时间内就完成了一项计算，而当今最快的超级计算机之一完成此项计算却需要10-25年，也就是10万亿亿年。

　　这个数字远远超出了物理学中的已知时间尺度，更是远超宇宙的年龄。这也有力地印证了量子计算发生在多个平行宇宙中的观点，与我们生活在多重宇宙中的设想相契合，这一预测最初是由David Deutsch提出的。

　　值得一提的是，谷歌对 Frontier 超算的评估是基于保守假设进行的，例如假设可以完全访问辅助存储（即硬盘驱动器），且不存在任何带宽开销 —— 这对于 Frontier 来说是一个极为慷慨且不切实际的设定。

　　更详细的技术细节

　　Willow拥有105个量子比特，在量子纠错和随机电路采样这两个系统基准测试中均展现出业界顶尖性能。

　　T1 时间（衡量量子比特保持激发态的时长）接近 100 微秒，相比上一代芯片提升了整整 5 倍。

　　Willow 是在谷歌位于圣巴巴拉的先进制造工厂生产的，该工厂是全球为数不多为此目的从零开始建造的工厂之一。

　　在量子芯片的设计和制造过程中，系统工程起着至关重要的作用：芯片的所有组件，如单量子比特和双量子比特门、量子比特复位和读出等，都必须同时进行精心的工程设计和高度集成。九游体育

　　未来展望与高级 AI

　　谷歌的下一个挑战是在当今的量子芯片上展示第一个“有用的、超越经典的” 计算，且与现实世界的应用紧密相关。

　　他们满怀信心地认为 Willow 一代芯片能够助力实现这一目标。他们诚挚邀请研究人员、工程师和开发者通过查看他们的开源软件和教育资源（包括他们在 Coursera 上的新课程）加入他们的行列，在这里，开发者可以深入学习量子纠错的关键要点，并协助他们创建能够解决未来问题的算法。

　　高级AI将极大地受益于量子计算。量子算法有着基本的缩放规律作为支撑，就如同我们在RCS中所看到的那样。对于许多对人工智能至关重要的基础计算任务，也存在类似的缩放优势。

　　因此，量子计算在收集传统机器无法访问的训练数据、训练和优化某些学习架构以及对量子效应至关重要的系统进行建模等方面将不可或缺。

　　这涵盖了帮助我们发现新药、为电动汽车设计更高效的电池，以及加速核聚变和新能源替代品的进展等领域。许多此类未来具有变革性的应用程序在传统计算机上根本无法实现；它们正翘首以盼量子计算来开启大门。