谷歌，量子计算研究的主要参与者之一，刚刚推出了名为柳。这款超导芯片由 105 个量子位组成，具有前所未有的性能，能够以指数方式减少错误，解决量子计算遇到的最重要的缺陷之一。足以真正为新时代铺平道路，即使还有很长的路要走。
量子位和量子错误：我们在谈论什么？
和量子比特，缩写“多少“（或“量子位”）是量子信息的基本单位。与只能取值 0 或 1 的经典位不同，量子位可以处于这两种状态的叠加。这种独特的特性使量子计算机能够同时探索指数级的可能性，为前所未有的计算能力铺平了道路。
不幸的是，量子位是极其脆弱的系统，并且对其环境中的干扰非常敏感。量子误差，例如误差位翻转（将量子位从一种状态切换到另一种状态），相位翻转（量子位两个状态之间相对相位的修改）、泄漏（导致量子位无法使用的控制或测量错误）或退相干（随着时间的推移量子信息丢失）可能会发生并改变存储在量子位中的信息，从而损害计算的可靠性。
Willow：纠错方面向前迈出了一大步
Willow 的真正优势恰恰在于她能够实施量子纠错有效地。所使用的技术已经理论化了近 30 年，旨在通过将物理量子位分组到称为“表面代码”的网络中来保护量子信息。每个表面代码都使用量子位的方形阵列来形成更鲁棒的逻辑量子位。该理论预测，表面代码越大，逻辑量子位受到的保护越多，性能也越好。
然而，增加网络规模也意味着增加出错的可能性。 Willow 通过增加表面代码大小来证明指数错误抑制，标志着一项突破。即，每次增加网络规模时，都会除以编码错误率。这些结果证实了理论预测，并证明量子纠错确实是可能的。因此，Willow 成为第一个真正令人信服的可扩展逻辑量子比特原型，能够克服其物理组件的限制。
与传统超级计算机相比具有惊人的性能
为了评估 Willow 的性能，Google 使用了名为 RCS 的标准基准（随机电路采样，或“随机电路采样”）。它包括在量子处理器上执行随机量子电路，该电路由以任意顺序应用的量子门组成。然后，处理器产生一系列结果，对应于电路输出处量子位的测量结果。经典计算机的困难在于模拟这些随机电路并再现测量结果的概率分布。
该测试被认为是经典计算机最困难的测试之一，可以有效地比较量子计算机与超级计算机的功能。 Willow 获得的结果是惊人的：芯片在不到五分钟的时间内完成了计算10 七亿年（即 1025年（即 1 后跟 24 个零）到当前最强大的超级计算机之一。这个远远超过宇宙年龄的数字，戏剧性地说明了量子计算的潜力。
无论是在纠错还是 RCS 基准性能方面，Willow 都被定位为迄今为止性能最佳的芯片。时代一致性衡量量子位能够维持其量子状态的时间也得到了显着改进，达到了近 100 微秒。这些性能证实量子计算正在进入一个新时代，其计算能力是传统机器和“二进制”计算无法达到的。
量子计算的具体应用？
尽管取得了这些进步，通往具体量子应用的道路仍然漫长。该领域的下一个挑战是在当前量子芯片上展示与实际应用相关的有用的首次计算。到目前为止，实验主要集中在 RCS 等基准上，它测量相对于经典计算机的综合性能，但没有已知的实际应用，或者集中在对量子系统的模拟上，这些系统在科学上很有趣，但在传统计算机上仍然可以在合理的时间内实现。
现在的目标是将这两个方面结合起来：创建经典计算机无法访问的算法，同时对具体问题有用。谷歌乐观地认为Willow一代芯片将能够实现这一目标。该公司还通过向研究人员、工程师和开发人员提供开源软件和教育资源来鼓励协作和创新。
来源 ： 谷歌量子人工智能
