谷歌推出了一款突破性的量子電腦原型，標誌著運算能力的一個重要里程碑。這台新機器實現了當前超級電腦需要十億年（一個超過宇宙年齡的難以理解的漫長時期）才能完成的計算，只需五分鐘即可完成任務。週一宣布的這項進步由Google最新的量子計算晶片「Willow」提供支援。
Willow：將量子位元數加倍
與前身 Sycamore 晶片相比，Willow 晶片的量子位元數增加了一倍，代表了量子運算領域的一次飛躍。量子位元數的增加使得在減少量子計算錯誤方面取得了重大進展。減少錯誤對於將量子電腦從理論構造轉變為可以徹底改變科學研究和發現的實用設備至關重要。
Willow 系統指標 |
|
| 量子位元數量 | 105 |
| 連接性一般 | 3.47
（4 路典型） |
量子糾錯（晶片 1） |
|
| 單量子位閘錯誤'（平均，同時） | 0.035% ‡ 0.029% |
| 兩個量子位閘錯誤'（平均，同時） | 0.33% 0.18%
（CZ） |
| 測量誤差（平均，同時） | 0.77% ‡ 0.21%
（重複，測量量子位元） |
| 重置選項 | 多層重設（1）狀態以上）
洩漏消除（僅限 12）狀態） |
| T，時間
（意思是） |
68 我們 = 13 我們？ |
| 每秒糾錯週期 | 909,000
（表面代碼週期 = 1.1 us） |
| 應用性能 | ^3,57 = 2.14 0.02 美元 |
隨機電路取樣（晶片 2） |
|
| 單量子位閘錯誤'（平均，同時） | 0.036% ÷ 0.013% |
| 兩個量子位閘錯誤'（平均，同時） | 0.14％+ 0.052％
（類似iswap） |
| 測量誤差（平均，同時） | 0.67% + 0.51%（終端，所有量子位元） |
| 重置選項 | 多層重設（11）狀態以上）
洩漏消除（僅限 2）狀態） |
| T，時間（平均值） | 98 我們 + 32 我們 |
| 每秒電路重複次數 | 63,000 |
| 應用性能 | XEB 保真度深度 40 = 0.1% |
| Willow 與經典超級電腦的預計時間 | 5 分鐘 vs. 1025 年 |
了解量子計算機
量子電腦與日常使用的經典電腦有著根本的不同。經典計算機使用在“1”和“0”之間切換的電晶體來處理訊息，而量子計算機則依賴被操縱成量子態的亞原子粒子。這些粒子（稱為量子位元）利用了量子力學的兩個關鍵原理：
- 疊加：量子位元可以同時存在於多種狀態，而不是局限於二進位值。這使得量子電腦能夠執行對於經典系統來說不切實際的計算類型。谷歌使用「隨機取樣電路」基準測試驗證了這項功能，展示了其量子電腦的卓越速度。
- 糾葛：量子位元可以相互關聯，因此一個量子位元的狀態直接影響另一個量子位元的狀態，無論距離為何。儘管糾纏背後的確切機制仍然是個謎，但它在量子計算中的有效性已被充分記錄。阿爾伯特·愛因斯坦將這種現象稱為「幽靈般的超距作用」。
應對錯誤挑戰
儘管量子電腦潛力巨大，但由於錯誤率而面臨重大挑戰。量子位元非常敏感，即使是微小的干擾（例如宇宙射線）也容易受到干擾。觀察一個量子位元會直接破壞其量子態，將其變成經典位元並否定其量子特性。因此，量子系統中的糾錯需要透過其他量子位元進行間接觀察。
隨著量子電腦尺寸的增大，錯誤率歷來不斷上升，從而為擴展這些系統帶來了瓶頸。然而，Google的量子人工智慧部門開發了一種創新的糾錯方法，隨著量子位元的成長，錯誤率呈指數下降。這項突破代表了建構可擴展、實用的量子電腦的關鍵成就。
前方的路
儘管谷歌在量子糾錯方面取得的進步使該領域更接近實現其變革潛力，但仍存在巨大的挑戰。將量子電腦擴展到可操作的規模將需要進一步的創新。儘管如此，長期的可能性是深遠的。
量子電腦有望透過實現經典電腦無法實現的分子和原子水平的計算來推動材料科學和生物學的突破。此外，它們的應用程式可能會遠遠超出當今已知的用例，從而釋放出尚未想像的機會。
谷歌推出的 Willow 晶片及其在量子糾錯方面的相關進步代表著量子運算領域向前邁出了里程碑式的一步。雖然實用的大規模量子電腦仍處於發展期，但這一里程碑強調了該技術重塑科學發現和解決當前無法克服的計算挑戰的潛力。
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