谷歌新款量子芯片解决了困扰学界30年的一个难题距离真正应用还要多久

谷歌新款量子芯片解决了困扰学界30年的一个难题 距离真正应用还要多久

2024年12月11日 12:19

　　科技巨头谷歌发布新的量子芯片，推动量子计算技术前进。

　　当地时间12月9日，美国科技巨头谷歌发布最新的量子芯片Willow（柳树）以及基于该芯片的量子计算机。虽然该发布一开始仅在学界引发了一些讨论，随着 特斯拉 CEO埃隆·马斯克（Elon Musk）和谷歌CEO桑德·皮查伊（Sundar Pichai）在社交平台上围绕该芯片展开对话，使其受到了更多人的关注。

　　 Willow芯片解决30年前提出的“量子纠错阈值”挑战

　　目前，量子计算仍是一个较为小众的概念，但其已有数十年的发展历史。

　　20世纪80年代，诺贝尔奖获得者理查德·费曼等人提出构想，基于作为量子特性的量子叠加和量子纠缠构建“量子计算”。科学家们认为，相较于电子计算机，量子计算机理论上的运算能力将有几何级数的增长，有望成为下一代信息革命的关键动力。传统计算机使用二进制数字，即比特，是1或0，量子计算中的基本单位是量子比特，以量子态表示和存储信息，量子态是0和1的混合。

　　量子芯片Willow内含105个物理量子比特，其前身为谷歌旗下的Sycamore量子处理器，需要在接近绝对零度的实验室环境中发挥最佳性能。据谷歌研究团队发布的文章介绍，Willow芯片达成了两个重要成就。

　　首先，随着芯片里量子比特数量的增多，通过改进芯片中的量子比特，Willow可以成倍地减少计算错误。这解决了量子纠错领域的一个被称为“量子纠错阈值”的关键挑战，即从理论上来看，在一个系统中使用的量子比特越多，错误就会越多。该挑战在1995年被提出，学界已对其研究了近30年。没有高效的纠错机制，量子计算就无法投入实际应用。

　　谷歌实验室的研究科学家Michael Newman表示，为了实现量子纠错，需要将许多物理量子比特聚集到一起，让它们协同工作并形成一个逻辑量子比特：“每次我们增加逻辑量子比特，或者进行差异化分组，从3×3、5×5再到7×7的物理量子位阵列，错误率都没有出现上升，实际上一直在下降。我们每一次增加集合的尺寸，都会使错误率下降两倍。”

　　其次，Willow在不到5分钟的时间内完成了一个标准的基准计算，而如果要当今世界上一个最快的超级计算机完成同样的计算，也需要10^25（10的25次方）年（10000000000000000000000000年）的时间，这个时间长度已经超过了已知宇宙的年龄。

　　不过，值得注意的是，谷歌量子计算机进行的数学计算是一项专门用于衡量量子计算进展的测试，而不是一项可能在其他领域有用的任务。

　　对此，谷歌CEO皮查伊在X（原推特）上发布了Willow芯片的介绍，引来了马斯克的点赞。在皮查伊回复“我们应该用星舰在太空中建立一个量子集群”后，马斯克表示“确实如此”。

马斯克表示Willow的技术令人惊叹。来源：X平台

　　除了马斯克以外， 人工智能 新锐巨头OpenAI的CEO山姆·奥特曼（Sam Altman）也转发了皮查伊的推文，并回应称“热烈祝贺”。

　　12月10日，谷歌（Nasdaq：GOOGL）股价大涨5.59%收于每股185.17美元，总市值2.27万亿美元。

　　A股市场也有所表现，12月11日，量子技术概念股盘初活跃， 星光股份 （002076）、 格尔软件 （603232）、 复旦复华 （600624）涨停， 国盾量子 （688027）、 神州信息 （000555）等集体高开。

　　 量子计算解决现实世界问题仍需时间

　　理论上来看，量子计算机将能够处理更大量的数据，从而在医学、科学和金融等领域取得突破，也将对加密货币市场造成挑战。对于Willow的发布及其价值，一些学者认为这是量子计算领域一个重要的突破口，但也有专家指出，距离该技术真正走入现实还需要一定时间。

　　英国萨塞克斯大学量子技术教授Winfried Hensinger表示，在展示量子计算机处理运算中错误方面，谷歌的Willow芯片确实是一块“新的里程碑”。不过，Hensinger亨辛格也表示，Willow的规模“仍然太小，无法进行有用的计算”， 量子计算机需要“数百万量子比特”来解决真正重要的行业问题 。

　　哈佛大学物理学教授、量子计算初创公司QuEra联合创始人Mikhail Lukin表示，Willow芯片的出现只是量子计算近年来迅速发展的一个缩影：“当量子计算最初被设想出来时，许多人——包括该领域的许多领导者——都认为它永远不会成为现实。但过去一年发生的事情表明，这项技术不再只属于科幻小说。人们不再怀疑这项计划能否实现，现在的问题是：什么时候能实现？”

　　加州理工学院理论物理学家John Preskill表示：“我们希望，这些机器将能够运行人们真正关心的程序。尽管可能还需要几十年的时间，我们最终会看到量子计算对日常生活的影响。”

　　而风险投资公司Runa Capital的合伙人Francesco Ricciuti认为，谷歌所宣称的成功仅限于“没有真正的实际用处的任务和基准”：“我们需要一个量子ChatGPT时刻。但现在可能还不是时候。”

（文章来源：澎湃新闻）

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