全球科技圈都在為Sora瘋狂，馬斯克卻輕輕給Google點了個讚（doge）。就在OpenAI“雙12”第三天，Google在前沿科技的另一極出手了：發布最新量子晶片，5分鐘內完成當今最快超級電腦之一需要10 ²⁵年才能完成的計算！

怎麼說10 ²⁵這事呢，就是…

100000000000000000000000000000000000億億億。

這項成果由GoogleCEO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：

根據Nature消息，我國量子領域大拿陸朝陽也對此評價：

這項工作展現了真正非凡的技術突破。

新晶片名為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：

• 隨著量子位元的增加，Willow可以實現指數級的錯誤率降低——這是量子糾錯領域30年來一直試圖解決的關鍵挑戰。
• Willow在5分鐘內，完成當今最快超級電腦之一需要10 ²⁵年才能完成的計算，數字遠超宇宙年齡。

官方公告中，甚至還由此開啟了對平行宇宙論的新討論…

它證實了David Deutsch所做的預測：量子計算發生在許多平行宇宙中，這與我們生活在多元宇宙中的觀點是一致的。

來看具體細節。

5分鐘完成10 ²⁵年計算

錯誤是量子計算面臨的最大的挑戰之一。

簡單來說，量子位元利用疊加態來進行運算，對環境擾動極為敏感，這意味著它們很難保護完成計算所需的資訊。

而且通常，量子位元越多，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，Google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的創辦人&負責人Hartmut Neven對此進一步解釋：

作為第一個低於閾值的系統，這是迄今為止最令人信服的可擴展邏輯量子位元原型。

這項成果表明，有用的、規模非常大的量子電腦真的可以創造出來。

Willow讓我們更接近用量子電腦運行實用的、與商業相關的演算法，而這些演算法是無法用經典電腦解決的。

具體來說，Google在兩個超導量子處理器上實現了低於閾值的表面碼量子記憶體：

72量子位元處理器，表面碼碼距為5；

105量子位元處理器，表面碼碼距為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的量子位元數達到105，相較之下，Google先前達成量子優越性成就的「懸鈴木」僅包含53個量子位元。

另一方面，更重要的是，隨著他們將表面碼從碼距3擴展到碼距5、7時，透過增加實體量子位元，Google實現了邏輯量子位元錯誤率的指數級下降。

同時，研究人員提到，Willow中邏輯量子位元的壽命比組成它們的量子位元壽命要長得多，可以達到2.4±0.3倍。

這就意味著，透過正確的糾錯技術，量子電腦可以隨著規模的擴大，以越來越高的精度進行計算。這為實現大規模容錯量子運算奠定了基礎。

這裡附上有關「邏輯量子位元」和「物理量子位元」的背景小知識：

物理量子位元是量子電腦中實際的硬體組成，通常由超導電路、離子阱、光子等物理系統實現。

邏輯量子位元是由多個物理量子位元透過量子糾錯編碼構成的抽象訊息單元，不直接對應物理元件。

研究人員採用隨機電路取樣（RCS）基準來測試Willow的效能－對，還是當時用來評估懸鈴木的那一套。

Willow的表現是：在5分鐘內，完成了現今最快的超級電腦之一需要10 2?年才能完成的計算。

Nature對此的評價是：目前的量子電腦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達成了建造足夠明確、有用的量子電腦的關鍵里程碑。

以下是Willow的關鍵規格表：

不過，要說明的是，Willow依然沒有在實際應用測驗中展現超越經典電腦的能力。

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」為座標，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。

網友就「平行宇宙」展開熱議

還有一點引起網友注意的是，Google的官方Blog介紹有提到：

Willow在不到五分鐘的時間內完成了一項計算，而今天最快的超級電腦則需要102?年。如果要寫出來，那就是10000000000000000000000000年。

這個令人難以置信的數字超出了物理學中已知的時間尺度，遠遠超過了宇宙的年齡。

它為量子計算發生在許多平行宇宙中的觀點提供了支持，這與David Deutsch所預測的「我們生活在多元宇宙」的觀點一致。

看到這段話，網友們也感到很驚訝：

量子運算領域的人真的認為我們是在從其它宇宙借用運算能力來完成這些運算嗎？

有網友表示，論文中並沒有類似的陳述：

在Blog中這樣說，只是為了炒作。

也有網友反對這種說法：

量子計算在多個宇宙中完成，這是量子計算之父David Deutsch提出的解釋。他發明了量子電腦的概念來檢驗平行宇宙的想法。

如果你對從無產生一個宇宙沒有異議，那麼你也應該能夠很好地處理平行宇宙。

隨後有更多人加入這場討論中來，一時間，大夥兒對此展開熱烈討論。

但正如網友所說，無論如何，目前尚無科學方法來證偽或證實。

關於Google Quantum AI

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

Google Quantum AI團隊創辦人兼負責人Hartmut Neven、量子運算理論首席科學家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，他們使命是為當前無法解決的問題建立量子運算。

其量子運算方法涵蓋了從量子處理器、控制和解碼硬體、低溫恆溫器到作業系統和使用者介面軟體等所有硬體和軟體元件的無縫整合。

團隊也是一個硬體+軟體的多元化、多學科團隊。

創辦人兼負責人Hartmut Neven，於1996年獲得波鴻魯爾大學的博士學位，曾是南加州大學電腦科學和理論神經科學的研究教授。

在加入Google前，Neven曾共同創立了兩家公司－Eyematic和Neven Vision，均有關於臉部辨識技術；加入Google後，擔任Google視覺搜尋團隊負責人。

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

Neven也是「Neven定律」的提出者。該定律認為，量子電腦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電腦在相同問題上通過摩爾定律提升的速度。

△哈特穆特·內文

在量子運算上，Google的攻堅是一場從零開始的科學研究馬拉松。

Neven 2012年共同創立了GoogleAI量子團隊後，2014年，美國物理學會院士John Martinis加入了Google，擔任Google量子硬體首席科學家，領導建構量子電腦的工作。

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Google這樣的明星團隊來說，這項工作也一樣是個巨大的挑戰。

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

就是那個量子運算200秒=地球最強超算1萬年的突破，53個量子位元的處理器Sycamore在200秒內，完成了超級電腦需要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，一籮籃研究被Nature、Science等各大頂刊收錄。

如今，Willow的發布也為大夥兒帶來了億點點震撼。

參考連結：

[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

—完畢—