谷歌的新晶片可以解決量子運算最大的問題之一

儘管走向製作基於量子位元的實用系統仍然不穩定，而且極易出錯，谷歌可能已經在解決這個問題方面邁出了重要一步。

透過新推出的名為 Willow 的量子晶片，Google工程師在錯誤處理方面邁出了一個重要的里程碑。具體來說，他們已經能夠保持單一邏輯量子位元足夠穩定，因此錯誤可能每小時發生一次，這對以前每隔幾秒鐘失敗的設定來說是一個巨大的改進。

量子位元是量子資訊的基本構建塊。與可以儲存 1 或 0 的經典計算位元不同，這些量子位元可以儲存 1、0 或兩者的疊加。這種組合是設計演算法的強大工具，可以解決傳統電腦需要很長時間才能解決的問題（如果它們能夠解決的話）。

不幸的是，量子位元是脆弱的東西，它們的疊加很容易與環境糾纏在一起並失去其數學特性。雖然當今的系統足夠強大，可以確保 99.9% 的可靠性，但實際系統需要錯誤率接近萬億分之一。

為了應對這些脆弱量子位元中的錯誤，研究人員可以將單一邏輯量子位元分佈在多個疊加的粒子上。然而，只有當額外的物理量子位元糾正錯誤的速度明顯快於產生錯誤的速度時，這種縮放才有效。

“Willow 是第一個糾錯量子位元隨著體積變大而呈指數級增長的處理器。”寫谷歌量子人工智慧團隊的研究科學家麥可紐曼和凱文薩辛格。

“每次我們將編碼的量子位元從 3×3 增加到 5×5，再到 7×7 物理量子位點陣，編碼錯誤率就會被抑制兩倍。”

柳有105個物理量子位，其架構和所使用的糾錯演算法的結合使其在穩定性方面取得了成功——更多的量子位元意味著更少的錯誤。

自此以來，這一直是一個問題量子糾錯該技術於 20 世紀 90 年代中期首次引入。雖然距離完全實現還有很長的路要走，依照這種方法，大規模量子操作至少是可行的。

“這證明了量子糾錯所承諾的指數誤差抑制，這是量子計算近 30 年來的目標，也是解鎖大規模量子應用的關鍵要素，”寫紐曼和薩辛格。

穩定性並不是Willow 的唯一好處：Google表示，它能夠在五分鐘內完成一項特定的量子任務，而這將需要我們最快的超級電腦之一花費10 億​​年的時間（這是一項專門為，但它仍然顯示了可能性）。

錯誤總是存在的，但研究人員的目標是讓它們的頻率足夠低，以使量子處理變得實用。這將需要更好的硬體、更多的量子位元和升級的演算法。

“量子糾錯看起來現在正在發揮作用，但今天的千分之一的錯誤率和明天所需的萬億分之一的錯誤率之間存在很大差距，”寫紐曼和薩辛格。

該研究的未經編輯的預覽版本已發表於自然。