谷歌量子计算芯片Willow：解决30年行业难题，5 分钟完成超算10²⁵年计算，但商用还早

在AI领域被微软与OpenAI新老组合吊打的谷歌，原来并没闲着。

今天凌晨，谷歌突然宣布推出最新的量子芯片Willow，如当初GPT-4发布一样，一时间震惊业内外。

据悉，Willow拥有105个物理量子比特，在量子纠错和随机电路采样这两个系统基准测试中，均实现了业界最佳性能。

谷歌 CEO Sundar Pichai在X上发推表示，我们将Willow视为构建有用的量子计算机的重要一步，该计算机在药物发现、聚变能、电池设计等领域具有实际应用。

马斯克也在第一时间在评论区惊叹道：“Wow！”

随即，Pichai回复道：我们应该会有一天用星舰在太空中建立一个量子集群。

马斯克表示：“这很可能会发生。” 任何一个自尊的文明至少应该达到卡尔达肖夫 II 型文明。马斯克认为，我们目前仅处于 I 型文明的 5% 以下。为了达到 30% 左右，我们需要在所有沙漠或高度干旱的地区放置太阳能电池板。

Pichai对此也表示赞同。

谷歌量子 AI 实验室负责人哈特穆特・内文（Hartmut Neven）称，Willow 实现了关键技术突破，为构建实用的大规模量子计算机铺平了道路。

然而他也承认，能够实际应用于商业场景的量子计算机还需时日。

此次Willow的成就主要体现在两个方面：指数级减少错误、性能吊打超算。

指数级减少错误

错误是量子计算面临的最大挑战之一，因为量子比特往往会与周围环境快速交换信息，因此很难保护完成计算所需的信息。

通常，使用的量子比特越多，错误就会越多。

而谷歌采用纠错技术，使量子计算机在规模扩大后能以越来越高的准确度执行计算。

Willow可以实现随着量子比特数量的增加，错误率反而指数级下降。

谷歌测试了从 3x3、5x5 到 7x7 不同大小的量子比特网格，每次都能将错误率减半。

这被称为“低于阈值”，是自 1995 年 Peter Shor 提出量子纠错以来，一直未能攻克的难题。

谷歌称这是一个重大的“突破”，解决了该领域“近 30 年”来一直追求的一个关键挑战。

尽管如此，谷歌也承认，要开发出具有实际用途的量子计算机，错误率仍需远低于 Willow 所实现的水平。

量子计算专家、萨里大学教授艾伦・伍德沃德表示，尽管 Willow 代表了量子处理器领域的显著进步，但它的测试基准是为量子计算机量身定制的，并不能完全反映其在实际场景中的广泛优势。

他还指出，目前的量子计算机并不会取代传统计算机，而是成为一种在特定任务上表现更优的补充工具。

性能吊打超算

谷歌使用了随机电路采样 （RCS） 基准测试来衡量 Willow 的性能。

Willow在基准测试中取得了惊人的成绩，不到5分钟的时间内，Willow就完成了一项标准计算。

当今最快的超算完成这一计算需要10²⁵年的时间，也就是 10 万亿亿年，比宇宙的年龄还长。

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

值得一提的是，系统工程在量子芯片的设计和制造过程中至关重要，芯片的所有组件，例如单量子比特和双量子比特门、量子比特复位和读出，都必须同时进行良好的工程设计和集成。

据介绍，Willow是在谷歌位于圣巴巴拉的最先进制造工厂生产的，该工厂是全球少数几个为此目的从零开始建造的工厂之一。

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图片来源｜网络

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