谷歌推出量子芯片，靠譜嗎

谷歌量子團(tuán)隊(duì)放出了“大消息”。

12月9日，谷歌在官方博客宣布推出最新的量子芯片Willow。據(jù)介紹，該芯片多項(xiàng)指標(biāo)都擁有一流性能，并取得了兩項(xiàng)重大成就：一是使用更多量子比特進(jìn)行拓展，可成倍減少錯(cuò)誤，解決了量子糾錯(cuò)領(lǐng)域近30年來一直試圖攻克的關(guān)鍵難題；二是在基準(zhǔn)測(cè)試中，Willow展示了一流性能。

然而，對(duì)于芯片的實(shí)際效果，有專家提示，不要高估Willow在一次測(cè)試中取得的成就。

紛紛擾擾之下，谷歌量子芯片究竟是放出的“王炸”，還是講了一個(gè)過于宏大的“故事”？

量子計(jì)算機(jī)真正實(shí)用有戲了嗎

具體來看，該芯片擁有105個(gè)量子比特（量子計(jì)算中的基本單位）。性能方面，Willow相關(guān)表現(xiàn)非常亮眼，不到5分鐘完成了一項(xiàng)計(jì)算，而當(dāng)今最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一需要1025年才能完成同樣的計(jì)算。

糾錯(cuò)能力方面，Willow實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)誤率的指數(shù)級(jí)降低?！斑@一歷史性成就在業(yè)界被稱為‘低于閾值’，即能夠在增加量子比特?cái)?shù)量的同時(shí)降低錯(cuò)誤?！惫雀璨┛蛯懙?。

Nature一篇文章用“真正了不起的突破”形容Willow在準(zhǔn)確度方面取得的成就。

量子計(jì)算領(lǐng)域，當(dāng)前學(xué)術(shù)界需要解決的難題之一便是量子糾錯(cuò)。

“量子比特是量子計(jì)算中的基本信息單元。量子比特的狀態(tài)往往較為脆弱，容易受到外部環(huán)境的干擾而失去量子態(tài)，這就會(huì)導(dǎo)致量子比特發(fā)生錯(cuò)誤，也就需要采取一定的措施來進(jìn)行糾錯(cuò)，這便是量子糾錯(cuò)?！眻D靈量子COO、北京公司總經(jīng)理?xiàng)盍窒颉吨袊?guó)經(jīng)濟(jì)周刊》記者解釋。

隨著量子比特?cái)?shù)量增多，出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率會(huì)隨之增多，糾錯(cuò)也就變得非常重要。

如何理解Willow糾錯(cuò)所帶來的影響？“Willow實(shí)現(xiàn)了真正有效的糾錯(cuò)，為下一步制造真正實(shí)用的大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)?！睏盍终f。

Willow發(fā)布之后，谷歌股價(jià)上漲超過5%，并推動(dòng)量子計(jì)算板塊集體上漲。但需要注意的是，從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用，也就是距離量子技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化落地，仍為時(shí)尚早。

谷歌量子AI團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)始人兼負(fù)責(zé)人Hartmut Neven在接受媒體采訪時(shí)表示，本世紀(jì)末之前不會(huì)出現(xiàn)能夠進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用的量子芯片。

“谷歌所選擇的是超導(dǎo)量子路線，該路線仍然需要面對(duì)環(huán)境適應(yīng)性、大規(guī)模測(cè)控和可擴(kuò)展性等方面的挑戰(zhàn)，在這些問題尚未得到有效解決之前，量子芯片難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用?！睏盍终f。

“不要拿蘋果和橘子進(jìn)行比較”

早在2019年，谷歌便宣稱實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”，其研制的包含53個(gè)有效量子比特的處理器Sycamore，花費(fèi)約200秒便可完成傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)要1萬(wàn)年才能完成的任務(wù)。但I(xiàn)BM團(tuán)隊(duì)則認(rèn)為該說法誤導(dǎo)公眾。

在量子計(jì)算領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)在特定問題上優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)被國(guó)際學(xué)術(shù)界稱為量子霸權(quán)（Quantum Supremacy，又稱量子優(yōu)越性）。

目光轉(zhuǎn)至當(dāng)下，Willow究竟有多強(qiáng)，各方仍有爭(zhēng)議。

英國(guó)薩里大學(xué)計(jì)算機(jī)專家Alan Woodward說，谷歌使用的是專門為量子計(jì)算機(jī)量身定做的性能測(cè)試工具，測(cè)試結(jié)果并不意味著Willow相比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了“全面提速”。Alan警告“不要拿蘋果和橘子進(jìn)行比較”。

楊林表示，目前所有的量子計(jì)算系統(tǒng)，無法在實(shí)際應(yīng)用問題或通用計(jì)算問題上達(dá)成“量子霸權(quán)”，不必糾結(jié)于Willow的性能定義爭(zhēng)議，要看到其糾錯(cuò)能力的進(jìn)步。

“特定問題上的‘量子霸權(quán)’和實(shí)際應(yīng)用問題、通用計(jì)算問題上的‘量子霸權(quán)’是有區(qū)別的?！睏盍终f，谷歌相關(guān)成果很好地推動(dòng)了特定問題的解決，但在解決實(shí)際應(yīng)用問題上仍需努力。

國(guó)內(nèi)影響幾何

大洋彼岸的風(fēng)還是吹到了中國(guó)。隨著Willow發(fā)布，12月11日，國(guó)內(nèi)量子科技概念股應(yīng)聲大漲。

值得關(guān)注的是，12月17日，由中國(guó)科學(xué)家研制的105個(gè)量子比特的“祖沖之三號(hào)”量子計(jì)算機(jī)相關(guān)成果在arXiv線上發(fā)表。數(shù)據(jù)表明，“祖沖之三號(hào)”的性能超過2024年10月谷歌發(fā)表的72比特Sycamore處理器6個(gè)數(shù)量級(jí)，為目前超導(dǎo)量子計(jì)算的最強(qiáng)優(yōu)越性。

量子科技，全球競(jìng)爭(zhēng)。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉表示，經(jīng)過20余年的努力，我國(guó)量子科技領(lǐng)域整體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從跟跑、并跑到部分領(lǐng)跑的飛躍。

各國(guó)政府陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)政策推動(dòng)量子科技發(fā)展，中國(guó)亦不例外。潘建偉在10月舉辦的2024量子科技和產(chǎn)業(yè)大會(huì)上透露，我國(guó)正在編制國(guó)家量子科技相關(guān)規(guī)劃。

談及當(dāng)下，楊林認(rèn)為，當(dāng)前量子科技已經(jīng)到了科技成果產(chǎn)業(yè)化的階段。

他建議，各級(jí)政府引導(dǎo)基金、超長(zhǎng)期特別國(guó)債以及中央企業(yè)創(chuàng)業(yè)投資基金能夠更多關(guān)注量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，給予長(zhǎng)期資本支持。此外，在公共服務(wù)平臺(tái)、中試（科技成果產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)）平臺(tái)的設(shè)置方面，也給予更多支持。

責(zé)編：楊琳 yanglin@ceweekly.cn

美編：孫珍蘭