三木SEO-谷歌量子芯片的突破点在哪儿——“解读量子计算新进展”系列报道之一

编者案 google推出冲破性量子芯片、我国超导量子计较机“祖冲之三号”表态……近期，海内外量子计较范畴结果频出。为帮忙读者更好相识这一前沿技能成长动态，本版今起推出“解读量子计较新进展”系列报导，先容量子计较的技能冲破、研究标的目的和将来运用潜力。

于通往实用纠错量子计较机的征途上，科学家们再下一城。

前不久，美国google公司发布最新量子芯片“威洛”（Willow），称其于计较速率及纠错能力方面取患上“两个庞大前进”，不到5分钟就完成为了现今领先的超等计较机需要1025年才能完成的使命，为研制实用的年夜范围量子计较机奠基了坚实基础。

图为google“威洛”（Willow）量子芯片。 视觉中国供图

动静一出，当即引起广泛存眷。美国太空摸索技能公司首席履行官埃隆·马斯克及开放人工智能研究中央（OpenAI）首席履行官萨姆·奥尔特曼，也为“威洛”的面世点赞。

作甚量子芯片？于科技界掀起云云波涛的“威洛”毕竟是否有“真才实学”？科技日报记者近日采访相干专家，对于量子计较一探毕竟。

年夜范围并行计较有上风

“量子芯片是使用量子纠缠及量子叠加等量子力学道理举行信息处置惩罚的焦点部件。”上海交通年夜学集成量子信息技能研究中央（IQIT）主任金贤敏对于记者注释道，“传统芯片基在经典物理学道理，基本信息处置惩罚单元为比特，每一个比特只能取值0或者1；而量子芯片的基本信息处置惩罚单元为量子比特，每一个量子比特可以为0或者1，或者二者的叠加态。这类叠加态的存于使量子芯片可以或许于统一时间处置惩罚多种数据，从而比传统芯片更快、更高效地解决某些繁杂问题。”

按照量子力学道理，量子纠缠是指两个或者多个粒子于彼此作用后，它们的状况变患上慎密相干，以至在一个粒子的状况变化会刹时影响到与之纠缠的其他粒子的状况，不管这些粒子相距多远。金贤敏先容：“量子纠缠使量子芯片于处置惩罚信息时具备更强的联系关系性及协同性。量子叠加及量子纠缠使量子芯片于处置惩罚年夜范围并行计较时具备显著上风，可以或许实现更快的计较速率及更强的信息安全性。”

“威洛”由google量子人工智能（AI）部分研发，内含105个物理超导量子比特。该部分卖力人哈特穆特·内文于公司官网撰文称，“威洛”是部分十几年辛勤研发的结晶，是公司今朝最强盛的超导量子芯片。

内文称，于设计及制造量子芯片时，体系工程是要害。为到达最好机能，他们对于芯片的所有组件，如单量子比特及双量子比特门、量子比特重置及读出，都举行了优良的设计及集成。此外，他们还有集成为了一个连续监控体系，其能及时检测“威洛”内可能致使过错的滋扰，并主动干涉干与，以维持计较历程的完备性及切确性。

google量子AI部分硬件总监朱利安·凯利说，于他们的精心打磨下，“威洛”取患了两个庞大前进：一是纠错能力显著晋升，二是解决特定问题运算速率更快。

纠错能力显著提高

研究团队于发表在《天然》的论文中称，“威洛”初次实现了低在外貌码阈值的量子纠错。中国科学技能年夜学传授陆向阳于接管《天然》采访时称其为“一项真正了不得的技能冲破”。

那末，甚么是量子纠错？

只管量子计较机有潜力实现超高速运算，但量子比特异样敏感，致使量子计较机极易堕落。并且，量子比特的数目越多，堕落的可能性越高。这类极高的易错性，成为拦阻量子计较走向“星斗年夜海”的最年夜“拦路虎”。

一个解决方案是量子纠错，即经由过程把多个物理量子比特编码成一个逻辑量子比特，来降低堕落率。这一要领由美国科学家、量子计较前驱彼患上·肖尔在1995年初次提出，今后科学家提出了很多差别的编码方案。google论文中提到的“外貌码”，就是一种经常使用的量子纠错要领。

量子纠错外貌码由俄裔美国物理学家、加州理工学院物理系传授阿列克谢·基塔耶夫提出，即用约莫2d2（d为码距）个物理量子比特形成二维量子比特阵列，从而编码一个逻辑量子比特。外貌码就像一个非凡的“掩护罩”，用来掩护量子信息，使其不受滋扰。码距越年夜，掩护的能力就越强，而需要的物理量子比特也就越多。例如，google此次就用了105个物理量子比特，来编码一个码距为7的逻辑量子比特。

物理量子比特与逻辑量子比特之间的瓜葛，犹如三木SEO-砖块与墙壁。要想让逻辑量子比特的“墙壁”建患上好，作为“砖块”的物理量子比特就要少堕落。其堕落率必需低在一个特定阈值，不然只会“越纠越错”。

而“威洛”实现了“越纠越对于”。google团队的最新研究注解，“威洛”中逻辑量子比特的数目每一增长一次，过错率就会降低一半。也就是说，码距为7的过错率是码距为5的一半；码距为5的过错率是码距为3的一半，以此类推。今朝，研究团队只展示到码距为7的环境。

内文认为，这一结果标记着“威洛”实现了低在量子纠错阈值运行，即于增长量子比特数目的同时，可以或许降低过错率，并且是指数级降低过错率。这是构建充足切确且实用的量子计较机的要害里程碑。于此基础上，他们可以不停增长量子比特的数目，制造愈来愈年夜、愈来愈繁杂的量子计较机，并让其于运行计较方面变患上愈来愈好。

特定范畴运算更快

凯利称，“威洛”取患上的第二猛进展是于解决特定问题时运算速率更快。

随电机路采样（RCS）基准被广泛用在量子计较范畴，是现今量子计较机可完成的难度最高的经典基准。基在该基准，研究团队让“威洛”与世界上最强盛的超等计较机之一Frontier（前沿）举行了对于决。成果显示，“威洛”不到5分钟完成的计较，Frontier将需要1025年才能完成，这一时间是宇宙春秋138亿年的700多万亿倍。

凯利认为，这一成果显示出于某些运用中，经典计较及量子计较之间指数级的差距。

5分钟与1025年，云云迥异的数字对于比引起了极年夜存眷。有人不由联想，这是否象征着可以用“威洛”高效地挖比特币、运行年夜模子？对于此，陆向阳于此前发布的视频中注释：“现实上，google于这项研究中展示的算力并不是通用算力，而是只针对于RCS这一特定命学问题的专用算力。”

英国萨里年夜学计较机专家艾伦·伍德沃德于接管英国媒体采访时也提示，不要强调“威洛”于单一测试中的体现，测试成果其实不象征着“威洛”比拟传统计较机实现了周全提速。不外，他认为“威洛”于量子纠错能力上的晋升，是一个“主要的里程碑”。

金贤敏则认为，量子计较机的成长不仅需要晋升硬件的纠错能力，还有需要联合当前含噪中等范围的量子硬件举行协同设计，充实阐扬量子硬件的怪异上风，并有针对于性地开发立异的量子算法与计较范式，这也是鞭策量子硬件计较能力充实阐扬的须要研究标的目的。

科技日报 2025.04.01