Google量子芯片Willow有多快？5分钟完成“超越宇宙年龄”运算

谷歌旗下的量子计算实验室“Google Quantum AI”于12月9日宣布，最新的量子计算芯片Willow，在计算能力上取得了显著突破。

谷歌旗下的量子计算实验室“Google Quantum AI”于12月9日宣布，最新的量子计算芯片——Willow，在计算能力上取得了显著突破。

Willow芯片在不到五分钟内完成了传统超级电脑需要10的25次方年（10 septillion years）才能完成的计算难题 ，这一数字远超过宇宙的年龄，展现了量子计算的惊人潜力。这一突破相较于2019年Google的首次量子处理器宣布三分钟内完成的计算进步显著，当时的超级电脑需要10,000年。

该实验室在文章中指出，如果10的25次方年要写出来的话，就是：10,000,000,000,000,000,000,000,000年。

除了计算速度的提升，Willow还在“量子纠错”（Quantum Error Correction，简称QEC）方面取得了重大进展。量子位（qubits）是量子计算中的基本单位，与传统位元不同，量子位能同时处于多种状态，但这也使它们容易受到环境影响，导致错误。

Google的研究人员发现，通过引入更多的量子位并对错误进行即时纠正，他们成功地大幅降低了错误率，并在最新的《Nature》期刊中发表了这一成果。这一成果被称为“低于阈值”（below threshold）进展， 意味著在量子位数量增加的同时，错误率能够指数级下降 ，这是量子错误纠正的一项重大突破，解决了自1995年彼得·肖尔（Peter Shor）提出量子错误纠正以来的关键挑战。

Willow芯片在不到五分钟内完成了传统超级电脑需要10的25次方年（10 septillion years）才能完成的计算难题：

什么是量子纠错？

简单来说，量子纠错（QEC）是一种专门用来解决量子计算机运行过程中发生错误的方法。由于量子计算不同于传统的计算，它利用的是“量子位元”（qubit）；举例来说，普通的计算机使用的是“位元”（Bit），每个位元只能是0或1，而量子位元能同时处于多个状态（这叫做“叠加”），这样就能进行更多的运算。

为什么需要量子纠错？据Google指出，量子电脑是透过我们称为量子演算法（一种精密的计算方式） 来操作量子位元，而困难点在于量子位元非常敏感，即使是杂散光也会导致运算错误。因此需要量子纠错来降低错误率。

量子纠错的基本概念，是将资讯分散在多个量子位元上，而不是集中在一个量子位元中。通过这样的方式，即使其中一些量子位元受到干扰，其他的量子位元仍然能提供足够的讯息来修正错误。

例如，假设有一组量子位元，它们可以一起代表一个计算结果。如果其中一个位元出现错误，其他的位元仍然能帮助判断哪一个出现了问题，并修正它。这就像我们把一个数字写成多个版本（或备份），如果其中一个版本出错了，仍可以通过其他版本来找出正确的答案。

量子计算应用领域：AI数据收集、药物开发、核融合

Google Quantum AI创始人Hartmut Neven表示，Willow拥有105个量子位，并且在量子计算领域中达到了最先进的性能。Google的下一步目标是，将量子计算技术运用在人工智慧的数据收集、药物开发、电动车电池设计，以及加速核融合和新能源替代技术等领域，以发挥关键作用。

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