谷歌，量子計算研究的主要參與者之一，剛推出了名為柳。這款超導晶片由 105 個量子位元組成，具有前所未有的性能，能夠以指數方式減少錯誤，解決量子運算遇到的最重要的缺陷之一。足以真正為新時代鋪平道路，即使還有很長的路要走。
量子位元和量子錯誤：我們在談論什麼？
和量子位元，縮寫“多少「（或稱「量子位元」）是量子資訊的基本單位。與只能取值 0 或 1 的經典位元不同，量子位元可以處於這兩種狀態的疊加。這種獨特的特性使量子電腦能夠同時探索指數級的可能性，為前所未有的運算能力鋪平了道路。
不幸的是，量子位元是極其脆弱的系統，並且對其環境中的干擾非常敏感。量子誤差，例如誤差位元翻轉（將量子位元從一種狀態切換到另一種狀態），相位翻轉（量子位元兩個狀態之間相對相位的修改）、洩漏（導致量子位元無法使用的控製或測量錯誤）或退相干（隨著時間的推移量子資訊丟失）可能會發生並改變儲存在量子位元中的訊息，從而損害計算的可靠性。
Willow：糾錯方面向前邁出了一大步
Willow 的真正優勢恰恰在於她能夠實施量子糾錯有效地。所使用的技術已經理論化了近 30 年，旨在透過將物理量子位元分組到稱為「表面代碼」的網路中來保護量子資訊。每個表面程式碼都使用量子位元的方形陣列來形成更穩健的邏輯量子位元。該理論預測，表面程式碼越大，邏輯量子位元受到的保護越多，效能也越好。
然而，增加網路規模也意味著增加出錯的可能性。 Willow 透過增加表面代碼大小來證明指數錯誤抑制，標誌著一項突破。即，每次增加網路規模時，都會除以編碼錯誤率。這些結果證實了理論預測，並證明量子糾錯確實是可能的。因此，Willow 成為第一個真正令人信服的可擴展邏輯量子位元原型，能夠克服其物理組件的限制。
與傳統超級電腦相比具有驚人的性能
為了評估 Willow 的效能，Google 使用了名為 RCS 的標準基準（隨機電路取樣，或“隨機電路取樣”）。它包括在量子處理器上執行隨機量子電路，該電路由以任意順序應用的量子閘組成。然後，處理器產生一系列結果，對應於電路輸出處量子位元的測量結果。經典計算機的困難在於模擬這些隨機電路並再現測量結果的機率分佈。
該測試被認為是經典電腦最困難的測試之一，可以有效地比較量子電腦與超級電腦的功能。 Willow 獲得的結果是驚人的：晶片在不到五分鐘的時間內完成了計算10 七億年（即 1025年（即 1 後跟 24 個零）到目前最強大的超級電腦之一。這個遠遠超過宇宙年齡的數字，戲劇性地說明了量子計算的潛力。
無論是在糾錯還是 RCS 基準性能方面，Willow 都被定位為迄今為止性能最佳的晶片。時代一致性衡量量子位元能夠維持其量子狀態的時間也得到了顯著改進，達到了近 100 微秒。這些性能證實量子運算正在進入一個新時代，其運算能力是傳統機器和「二進位」計算無法達到的。
量子計算的具體應用？
儘管取得了這些進步，通往具體量子應用的道路仍然漫長。該領域的下一個挑戰是在當前量子晶片上展示與實際應用相關的有用的首次計算。到目前為止，實驗主要集中在RCS 等基準上，它測量相對於經典計算機的綜合性能，但沒有已知的實際應用，或者集中在對量子系統的模擬上，這些系統在科學上很有趣，但在傳統計算機上仍然可以在合理的時間內實現。
現在的目標是將這兩個方面結合起來：創建經典電腦無法存取的演算法，同時對特定問題有用。谷歌樂觀地認為Willow一代晶片將能夠實現這一目標。該公司還透過向研究人員、工程師和開發人員提供開源軟體和教育資源來鼓勵協作和創新。
來源 ： 谷歌量子人工智慧
