Can Google's newly released quantum chip Willow really change the game?

谷歌剛剛宣佈了其最新的量子計算芯片 Willow，在全球科技界引起了巨大的轟動。

官方宣稱，這塊小小的芯片，能在五分鐘內完成超級計算機需要億萬年才能搞定的計算任務。消息一出，連馬斯克都驚歎一聲 “哇塞” ！

聽起來是不是有點科幻？但這就是量子計算的魅力所在。

谷歌稱霸量子界？

與之前谷歌聲稱其量子計算機 Sycamore 實現 “量子霸權” 不同，谷歌沒有宣稱 Willow 實現了 “量子霸權”，而是強調了其在 “超越經典計算” 方面的成就。

2019 年，谷歌公開亮相其上一代量子計算機 Sycamore，並宣傳它僅用 200 秒就完成了一項計算，而這項計算理論上需要當時世界上最快的超級計算機 10000 年才能完成。

Willow 芯片擁有 105 個量子比特，這使得它在量子糾錯和隨機電路採樣（RCS）方面達到了同類最佳性能。

在 RCS 基準測試中，Willow 芯片在不到 5 分鐘的時間內完成了一項標準計算，而這項計算對於目前最快的超級計算機來説，需要超過 10^25 年——不僅遠超宇宙的年齡，也遠遠超出了我們對傳統計算能力的理解。

一場 RCS 和量子體積的較量

谷歌試圖強調 RCS 的性能應該是評判所有量子計算機的指標。根據谷歌量子人工智能的創始人 Hartmut Neven 的説法，“這是一個起點。如果你們在隨機電路採樣上不能取勝，那麼在任何其他算法上也不能取勝。”

他補充説，RCS“現在在量子計算領域被廣泛用作標準”。

然而，包括 IBM 和霍尼韋爾在內的其他公司，採用量子體積作為評判標準。量子體積表示可以在系統上執行的最大等寬度深度的隨機電路，操作保真度越高，量子體積就越大。

它們聲稱，量子體積能夠通過考慮量子比特之間的相互作用，更全面地理解機器的能力。遺憾的是，在谷歌分享的 Willow 芯片的規格表中，並沒有提到量子體積，這導致技術之間的比較變得困難。

低於閾值的錯誤率

最令人印象深刻的是，根據谷歌的最新聲明，Willow 是首個在增加量子比特數量的同時能夠降低錯誤率的量子系統。

迄今為止，困擾所有構建實用量子計算機嘗試的問題是，它們所基於的量子比特難以控制。它們僅能保持量子狀態幾秒鐘的一小部分，而且加入系統的量子比特越多，產生錯誤的可能性就越大。

然而，谷歌表示，隨着向系統中添加更多量子比特，他們已經找到了減少錯誤的方法。據谷歌稱，Willow 是第一個實現這一點的系統。

“作為第一個低於閾值的系統，這是迄今為止構建的最令人信服的可擴展邏輯量子比特原型。這是一個強有力的跡象，表明確實可以構建出實用的、大型的量子計算機，” Neven 説，“Willow 讓我們更接近於運行那些在傳統計算機上無法複製的實用、商業相關的算法。”

Willow 能幹啥？

儘管 Willow 芯片在理論上展示了驚人的計算能力，但谷歌也承認，要實現這些能力在實際應用中的轉化，還有更多的工作要做。

Neven 表示，Willow 芯片的糾錯能力和超越經典的計算能力使我們更接近一個可以提供商業應用的系統。這些應用包括幫助發現新藥、設計更高效的電動汽車電池，以及加速核聚變和新能源替代的進展。

原標題：谷歌新出的量子芯片 Willow，真的能逆天改命嗎？