本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）綜合

谷歌最新公布的結(jié)果來自一款名為 Willow 的新芯片，它有 105 個“量子比特”。

近日，谷歌稱其已利用新一代芯片攻克量子計算領(lǐng)域的一項關(guān)鍵難題，在五分鐘內(nèi)解決了一個計算問題，而傳統(tǒng)計算機要花比宇宙歷史更長的時間才能解決該問題。

量子計算機是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。廣義上，當(dāng)某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，就可稱之為量子計算機。

量子計算機的特點主要有運行速度較快、處置信息能力較強、應(yīng)用范圍較廣等。與一般計算機比較起來，信息處理量愈多，對于量子計算機實施運算也就愈加有利，也就更能確保運算具備精準(zhǔn)性。量子計算機的計算基礎(chǔ)是量子比特。

與微軟和IBM等其他科技巨頭一樣，Alphabet 旗下的谷歌也在追逐量子計算，因為它承諾的計算速度遠超當(dāng)今最快的系統(tǒng)。盡管該公司位于美國加州圣巴巴拉的量子實驗室解決的數(shù)學(xué)問題沒有商業(yè)應(yīng)用，但谷歌希望量子計算機有朝一日能解決當(dāng)今計算機無法解決的醫(yī)學(xué)、電池化學(xué)和人工智能領(lǐng)域的問題。

谷歌最新公布的結(jié)果來自一款名為 Willow 的新芯片，它有 105 個“量子比特”，這是量子計算機的基石。量子比特速度快但容易出錯，因為它們可能會受到外太空事件中亞原子粒子等微小物體的沖擊。

根據(jù)谷歌的說法，即使是如今最快的超級計算機，也需要花費“10的25次方”年的時間才能完成這項計算——這個數(shù)字遠遠超過了宇宙的年齡。

隨著芯片上量子比特數(shù)量的增加，這些錯誤累積起來，芯片的性能可能并不比傳統(tǒng)計算機芯片好。因此，自 20 世紀 90 年代以來，科學(xué)家們一直在研究量子糾錯。

谷歌在12月9日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中表示，它已經(jīng)找到了一種將 Willow 芯片的量子比特串聯(lián)起來的方法，這樣隨著量子比特數(shù)量的增加，錯誤率就會下降。該公司還表示，它可以實時糾正錯誤，這是讓量子機器實用化的關(guān)鍵一步。

“我們已經(jīng)過了盈虧平衡點，”谷歌量子人工智能部門負責(zé)人 Hartmut Neven 在接受采訪時表示。

回溯量子計算機的歷史，2019年，美國谷歌公司研制出53個量子比特的計算機“懸鈴木”，在全球首次實現(xiàn)量子優(yōu)越性。2020年，潘建偉團隊構(gòu)建76個光子的量子計算原型機“九章”，使中國成為全球第二個實現(xiàn)量子優(yōu)越性的國家。2021年，潘建偉團隊成功研制含113個光子的“九章二號”和66比特的“祖沖之二號”量子計算原型機，從而使中國成為在光學(xué)和超導(dǎo)兩條技術(shù)路線上都實現(xiàn)量子優(yōu)越性的國家。2023年10月11日，量子計算原型機“九章三號”被成功構(gòu)建，它1微秒可算出的最復(fù)雜樣本，當(dāng)前全球最快的超級計算機約需200億年才能完成。

早在2019 年，IBM 就對谷歌的說法提出質(zhì)疑，谷歌聲稱谷歌的量子芯片解決了一個傳統(tǒng)計算機需要 10,000 年才能解決的問題，稱使用對傳統(tǒng)系統(tǒng)的不同技術(shù)假設(shè)，這個問題可以在兩天半內(nèi)解決。

在過去的幾十年里，量子計算技術(shù)飛速發(fā)展。作為一種全新的計算范式，量子計算不僅能夠突破傳統(tǒng)計算機的瓶頸，還能在各個領(lǐng)域帶來巨大的突破與革命。

比如，在機器學(xué)習(xí)的某些任務(wù)中，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和優(yōu)化，量子計算機可以加速計算過程。一些量子機器學(xué)習(xí)算法（如量子支持向量機、量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）可以利用量子態(tài)的疊加和糾纏特性，更高效地處理數(shù)據(jù)。例如，在處理大規(guī)模圖像識別任務(wù)或自然語言處理任務(wù)時，量子計算機有望減少訓(xùn)練時間，提高算法的學(xué)習(xí)效率。

在量子物理研究中，量子計算機可以模擬復(fù)雜的量子系統(tǒng)。例如，用于研究量子多體問題，像高溫超導(dǎo)機制。高溫超導(dǎo)的微觀物理機制一直是凝聚態(tài)物理的難題，量子計算機能夠通過精確模擬電子之間的相互作用，幫助科學(xué)家更好地理解超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，為開發(fā)更高溫度的超導(dǎo)材料提供理論支持。

可以看到，從基礎(chǔ)科學(xué)研究到商業(yè)應(yīng)用，量子計算都有著不可忽視的潛力。

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