本文转自：绵阳日报

谷歌量子芯片的破损点在哪儿

——解读量子计较新进展

谷歌量子芯片的破损点在哪儿

——解读量子计较新进展

    谷歌“威洛”（Willow）量子芯片

    在通往实用纠错量子计较机的征程上，科学家们再下一城。

    前不久，好意思国谷歌公司发布最新量子芯片“威洛”（Willow），称其在计较速率和纠错智商方面获取“两个枢纽向上”，不到5分钟就完成了面前发轫的超等计较机需要1025年能力完成的任务，为研制实用的大鸿沟量子计较机奠定了坚实基础。

    音书一出，立即引起庸俗关心。好意思国天外探索技艺公司首席实行官埃隆·马斯克和绽放东谈主工智能究诘中心（OpenAI）首席实行官萨姆·奥尔特曼，也为“威洛”的面世点赞。

    何为量子芯片？在科技界掀翻如斯海浪的“威洛”究竟是否有“真才实学”？科技日报记者近日采访关联巨匠，对量子计较一有计划竟。

    □ 科技日报记者 刘霞

    大鸿沟并行计较有上风

    “量子芯片是运用量子纠缠和量子重复等量子力学旨趣进行信息处理的中枢部件。”上海交通大学集成量子信息技艺究诘中心（IQIT）主任金贤敏对记者证实谈，“传统芯片基于经典物理学旨趣，基本信息处理单元为比特，每个比特只可取值0或1；而量子芯片的基本信息处理单元为量子比特，每个量子比特不错为0或1，或两者的重复态。这种重复态的存在使量子芯片大略在归并时刻处理多种数据，从而比传统芯片更快、更高效地不休某些复杂问题。”

    字据量子力学旨趣，量子纠缠是指两个或多个粒子在互相作用后，它们的情景变得细密关联，以致于一个粒子的情景变化会顷刻间影响到与之纠缠的其他粒子的情景，不管这些粒子相距多远。金贤敏先容：“量子纠缠使量子芯片在处理信息时具有更强的关联性和协同性。量子重复和量子纠缠使量子芯片在处理大鸿沟并行计较时具有显赫上风，大略收尾更快的计较速率和更强的信息安全性。”

    “威洛”由谷歌量子东谈主工智能（AI）部门研发，内含105个物理超导量子比特。该部门精雅东谈主哈特穆特·内文在公司官网撰文称，“威洛”是部门十几年贫苦研发的结晶，是公司面前最庞大的超导量子芯片。

    内文称，在联想和制造量子芯片晌，系统工程是要道。为达到最好性能，他们对芯片的总计组件，如单量子比特和双量子比特门、量子比特重置和读出，齐进行了邃密的联想和集成。此外，他们还集成了一个捏续监控系统，其能及时检测“威洛”内可能导致无理的干扰，并自动打扰，以督察计较经过的齐全性和精准性。

    谷歌量子AI部门硬件总监朱利安·凯利说，在他们的尽心打磨下，“威洛”获取了两个枢纽向上：一是纠错智商显赫耕作，二是不休特定问题运算速率更快。

    纠错智商显赫提高

    究诘团队在发表于《当然》的论文中称，“威洛”初次收尾了低于名义码阈值的量子纠错。中国科学技艺大学西席陆向阳在给与《当然》采访时称其为“一项信得过了不得的技艺破损”。

    那么，什么是量子纠错？

    尽管量子计较机有后劲收尾超高速运算，但量子比特迥殊明锐，导致量子计较机极易出错。何况，量子比特的数目越多，出错的可能性越高。这种极高的易错性，成为掌握量子计较走向“星辰大海”的最大“拦路虎”。

    一个不休有联想是量子纠错，即通过把多个物理量子比特编码成一个逻辑量子比特，来裁汰出错率。这一步调由好意思国科学家、量子计较前驱彼得·肖尔于1995年头次提倡，而后科学家提倡了很多不同的编码有联想。谷歌论文中提到的“名义码”，便是一种常用的量子纠错步调。

    量子纠错名义码由俄裔好意思国物理学家、加州理工学院物理系西席阿列克谢·基塔耶夫提倡，即用大要2d2（d为码距）个物理量子比特酿成二维量子比特阵列，从而编码一个逻辑量子比特。名义码就像一个颠倒的“保护罩”，用来保护量子信息，使其不受干扰。码距越大，保护的智商就越强，而需要的物理量子比特也就越多。举例，谷歌此次就用了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相干，如同砖块与墙壁。要念念让逻辑量子比特的“墙壁”建得好，行为“砖块”的物理量子比特就要少出错。其出错率必须低于一个特定阈值，不然只会“越纠越错”。

    而“威洛”收尾了“越纠越对”。谷歌团队的最新究诘标明，“威洛”中逻辑量子比特的数目每加多一次，无理率就会裁汰一半。也便是说，码距为7的无理率是码距为5的一半；码距为5的无理率是码距为3的一半，依此类推。面前，究诘团队只展示到码距为7的情况。

    内文以为，这一着力鲜艳着“威洛”收尾了低于量子纠错阈值启动，即在加多量子比特数目的同期，大略裁汰无理率，何况是指数级裁汰无理率。这是构建富饶精准且实用的量子计较机的要道里程碑。在此基础上，他们不错连续加多量子比特的数目，制造越来越大、越来越复杂的量子计较机，并让其在启动计较方面变得越来越好。

    特定领域运算更快

    凯利称，“威洛”获取的第二猛进展是在不休特定问题时运算速率更快。

    立时电路采样（RCS）基准被庸俗用于量子计较领域，是面前量子计较机可完成的难度最高的经典基准。基于该基准，究诘团队让“威洛”与全国上最庞大的超等计较机之一Frontier（前沿）进行了对决。礼貌深入，“威洛”不到5分钟完成的计较，Frontier将需要1025年能力完成，这一时刻是天地年齿138亿年的700多万亿倍。

    凯利以为，这一礼貌深入出在某些应用中，经典计较和量子计较之间指数级的差距。

    5分钟与1025年，如斯悬殊的数字对比引起了极大关心。有东谈主不禁遐念念，这是否意味着不错用“威洛”高效地挖比特币、启动大模子？对此，陆向阳在此前发布的视频中证实：“内容上，谷歌在这项究诘中展示的算力并非通用算力，而是只针对RCS这一特定数常识题的专用算力。”

    英国萨里大学计较机巨匠艾伦·伍德沃德在给与英国媒体采访时也指示，不要夸大“威洛”在单一测试中的发扬，测试礼貌并不虞味着“威洛”比拟传统计较机收尾了全面提速。不外，他以为“威洛”在量子纠错智商上的耕作，是一个“垂死的里程碑”。

    金贤敏则以为，量子计较机的发展不仅需要耕作硬件的纠错智商，还需要聚会面前含噪中等鸿沟的量子硬件进行协同联想，充分施展量子硬件的私有上风，并有针对性地建造更动的量子算法与计较范式，这亦然激动量子硬件计较智商充分施展的必要究诘标的。

    （原载2024年12月30日《科技日报》）