谷歌量子芯片引爆熱議：5分鐘算完10²⁵年任務，Nature加急發表

全球科技圈都在爲Sora瘋狂，馬斯克卻輕輕給谷歌點了個贊（doge）。

就在OpenAI“雙12”第三天，谷歌在前沿科技的另一極出手了：

發佈最新量子芯片，5分鐘內完成當今最快超級計算機之一需要10²⁵年才能完成的計算！

怎麼說10²⁵這事兒呢，就是……

10000000000000000000000000，10億億億年。

這一成果由谷歌CEO皮猜本人親自在官宣，並已在Nature上加急發表。

連剛下直播的奧特曼和OpenAI總裁Brockman，也現身道賀：

據Nature消息，我國量子領域大拿陸朝陽也對此評價稱：

新芯片名爲Willow，擁有105個量子比特，在量子糾錯和隨機電路採樣兩個基準測試中，都達到了SOTA，實現兩項重大成就：

官方公告中，甚至還由此開啓了對平行宇宙學說的新討論……

來看具體細節。

錯誤是量子計算面臨的最大的挑戰之一。

簡單來說，量子比特利用疊加態來進行計算，對環境擾動極其敏感，這就意味着它們很難保護完成計算所需的信息。

並且通常，量子比特越多，發生的錯誤就越多。這會使得系統越來越“經典”，即不再具備量子系統的特性。

因此，控制錯誤率，讓錯誤率低於某個閾值，是量子計算大規模應用的一個非常重要的前提。而現在，谷歌的Willow實現了錯誤率的指數級降低——

首次達成“低於閾值”的里程碑成就。

Google Quantum AI的創始人&負責人Hartmut Neven對此進一步解釋說：

具體來說，谷歌在兩個超導量子處理器上實現了低於閾值的表面碼量子存儲器：

72量子比特處理器，表面碼碼距爲5；

105量子比特處理器，表面碼碼距爲7。

表面碼是指一種基於二維陣列結構的量子糾錯編碼方案。

一方面，Willow的量子比特數達到105，相較之下，谷歌此前達成量子優越性成就的“懸鈴木”僅包含53個量子比特。

另一方面，更重要的是，隨着他們將表面碼從碼距3擴展到碼距5、7時，通過增加物理量子比特，谷歌實現了邏輯量子比特錯誤率的指數級下降。

同時，研究人員提到，Willow中邏輯量子比特的壽命比組成它們的量子比特壽命要長得多，能達到2.4±0.3倍。

這就意味着，通過正確的糾錯技術，量子計算機可以隨着規模的擴大，以越來越高的精度進行計算。這爲實現大規模容錯量子計算奠定了基礎。

研究人員採用隨機電路採樣（RCS）基準來測試Willow的性能——對，還是當時用來評價懸鈴木的那一套。

Willow的表現是：在5分鐘內，完成了現今最快的超級計算機之一需要10²⁵年才能完成的計算。

Nature對此的評價是：目前的量子計算機對於大多數商業和科學應用來說太小且太容易出錯，現在，Willow達成了構建足夠明確、有用的量子計算機的關鍵里程碑。

以下是Willow的關鍵規格表：

不過，需要說明的是，Willow依然沒有在實際應用測試中展現超越經典計算機的能力。

除了RCS基準測試之外，研究人員也在該系統中做了其他實驗模擬，但這些實驗結果仍然沒有超出經典計算機的能力範圍。

值得注意的是，這張路線圖橫軸以“商業相關性”爲座標，量子機器學習、量子化學模擬被劃分在最有可能商業應用的象限。

還有一點引起網友關注的是，谷歌的官方Blog介紹中有提到：

看到這段話，網友們感到很驚訝：

有網友表示，論文中並沒有類似的表述：

也有網友反對這種說法：

隨後更多人加入其中，討論一度激烈。

但正如網友所說，無論如何，目前尚無科學方法來證僞或證實。

這項具有突破性的研究，論文署名爲Google Quantum AI及其合作者，包括但不限於：

Google Quantum AI團隊創始人兼負責人Hartmut Neven、量子計算理論首席科學家Sergio Boixo等，其中還有不少華人學者的身影。

完整名單如下：

Google Quantum AI 2012年成立，他們使命是爲當前無法解決的問題構建量子計算。

其量子計算方法涵蓋了從量子處理器、控制和解碼硬件、低溫恆溫器到操作系統和用戶界面軟件等所有硬件和軟件組件的無縫整合。

團隊也是一個硬件+軟件的多元化、多學科團隊。

創始人兼負責人Hartmut Neven，於1996年獲得波鴻魯爾大學的博士學位，曾是南加州大學計算機科學和理論神經科學的研究教授。

加入谷歌前，Neven曾共同創立了兩家公司——Eyematic和Neven Vision，均有關於面部識別技術；加入谷歌後，擔任谷歌視覺搜索團隊負責人。

2006年，Neven開始探索一個新的idea——用量子計算來加快機器學習的速度，之後催生了谷歌AI量子團隊。

Neven也是“Neven定律”的提出者。該定律認爲，量子計算機解決某些特定問題的速度將以雙指數的速度提升，這一速度遠超過傳統計算機在相同問題上通過摩爾定律提升的速度。

△Hartmut Neven

在量子計算上，谷歌的攻堅是一場從零開始的科研馬拉松。

Neven 2012年共同創立了谷歌AI量子團隊後，2014年，美國物理學會院士John Martinis加入了谷歌，擔任谷歌量子硬件首席科學家，領導構建量子計算機的工作。

再兩年後，量子計算理論首席科學家Sergio Boixo在Nature Communications上發表了相關論文，最終將團隊的工作重點聚焦到了量子優勢性計算任務上來。

但即便對於谷歌這樣的明星團隊來說，這項工作也一樣是巨大的挑戰。

直到2019年，谷歌首次實現量子優越性Quantum Supremacy，轟動圈內外。

就是那個量子計算200秒=地球最強超算1萬年的突破，53個量子比特的處理器Sycamore在200秒內，完成了超級計算機需要1萬年才能算完的任務。

論文直接登上Nature 150週年紀念特刊、各大主流媒體頭版頭條、熱度全網第一。

之後，Hartmut Neven又帶領團隊進行持續性研究，一籮筐研究被Nature、Science等各大頂刊收錄。

如今，Willow的發佈再給大夥兒帶來了億點點震撼。

參考鏈接：[1]https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/[2]https://www.nature.com/articles/d41586-024-04028-3[3]https://www.nature.com/articles/s41586-024-08449-y[4]https://news.ycombinator.com/item?id=42367649[5]https://x.com/elonmusk/status/1866170803051499874