谷歌的新芯片可以解决量子计算最大的问题之一

尽管走向制作基于量子比特的实用系统仍然不稳定，并且极易出错，谷歌可能已经在解决这一问题方面迈出了重要一步。

通过新推出的名为 Willow 的量子芯片，谷歌工程师在错误处理方面迈出了一个重要的里程碑。具体来说，他们已经能够保持单个逻辑量子位足够稳定，因此错误可能每小时发生一次，这对以前每隔几秒钟失败的设置来说是一个巨大的改进。

量子比特是量子信息的基本构建块。与可以存储 1 或 0 的经典计算位不同，这些量子位可以存储 1、0 或两者的叠加。这种组合是设计算法的强大工具，可以解决传统计算机需要很长时间才能解决的问题（如果它们能够解决的话）。

不幸的是，量子位是脆弱的东西，它们的叠加很容易与环境纠缠在一起并失去其数学特性。虽然当今的系统足够强大，可以确保 99.9% 的可靠性，但实际系统需要错误率接近万亿分之一。

为了应对这些脆弱量子位中的错误，研究人员可以将单个逻辑量子位分布在多个叠加的粒子上。然而，只有当额外的物理量子位纠正错误的速度明显快于产生错误的速度时，这种缩放才有效。

“Willow 是第一个纠错量子比特随着体积变大而呈指数级增长的处理器。”写谷歌量子人工智能团队的研究科学家迈克尔·纽曼和凯文·萨辛格。

“每次我们将编码的量子位从 3×3 增加到 5×5，再到 7×7 物理量子位点阵，编码错误率就会被抑制两倍。”

柳有105个物理量子位，其架构和所使用的纠错算法的结合使其在稳定性方面取得了成功——更多的量子位意味着更少的错误。

自此以来，这一直是一个问题量子纠错该技术于 20 世纪 90 年代中期首次引入。虽然距离完全实现还有很长的路要走，按照这种方法，大规模量子操作至少是可行的。

“这证明了量子纠错所承诺的指数误差抑制，这是量子计算近 30 年来的目标，也是解锁大规模量子应用的关键要素，”写纽曼和萨辛格。

稳定性并不是 Willow 的唯一好处：谷歌表示，它能够在五分钟内完成一项特定的量子任务，而这将需要我们最快的超级计算机之一花费 10 亿年的时间（这是一项专门为，但它仍然显示了可能性）。

错误总是存在的，但研究人员的目标是让它们的频率足够低，以使量子处理变得实用。这将需要更好的硬件、更多的量子位和升级的算法。

“量子纠错看起来现在正在发挥作用，但今天的千分之一的错误率和明天所需的万亿分之一的错误率之间存在很大差距，”写纽曼和萨辛格。

该研究的未经编辑的预览版本已发表于自然。