文｜半导体产业纵横 

谷歌最新公布的结果来自一款名为 Willow 的新芯片，它有 105 个“量子比特”。

近日，谷歌称其已利用新一代芯片攻克量子计算领域的一项关键难题，在五分钟内解决了一个计算问题，而传统计算机要花比宇宙历史更长的时间才能解决该问题。

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。广义上，当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，就可称之为量子计算机。

量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机比较起来，信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利，也就更能确保运算具备精准性。量子计算机的计算基础是量子比特。

与微软和IBM等其他科技巨头一样，Alphabet 旗下的谷歌也在追逐量子计算，因为它承诺的计算速度远超当今最快的系统。尽管该公司位于美国加州圣巴巴拉的量子实验室解决的数学问题没有商业应用，但谷歌希望量子计算机有朝一日能解决当今计算机无法解决的医学、电池化学和人工智能领域的问题。

谷歌最新公布的结果来自一款名为 Willow 的新芯片，它有 105 个“量子比特”，这是量子计算机的基石。量子比特速度快但容易出错，因为它们可能会受到外太空事件中亚原子粒子等微小物体的冲击。

根据谷歌的说法，即使是如今最快的超级计算机，也需要花费“10的25次方”年的时间才能完成这项计算——这个数字远远超过了宇宙的年龄。

随着芯片上量子比特数量的增加，这些错误累积起来，芯片的性能可能并不比传统计算机芯片好。因此，自 20 世纪 90 年代以来，科学家们一直在研究量子纠错。

谷歌在12月9日发表在《自然》杂志上的一篇论文中表示，它已经找到了一种将 Willow 芯片的量子比特串联起来的方法，这样随着量子比特数量的增加，错误率就会下降。该公司还表示，它可以实时纠正错误，这是让量子机器实用化的关键一步。

“我们已经过了盈亏平衡点，”谷歌量子人工智能部门负责人 Hartmut Neven 在接受采访时表示。

回溯量子计算机的历史，2019年，美国谷歌公司研制出53个量子比特的计算机“悬铃木”，在全球首次实现量子优越性。2020年，潘建伟团队构建76个光子的量子计算原型机“九章”，使中国成为全球第二个实现量子优越性的国家。2021年，潘建伟团队成功研制含113个光子的“九章二号”和66比特的“祖冲之二号”量子计算原型机，从而使中国成为在光学和超导两条技术路线上都实现量子优越性的国家。2023年10月11日，量子计算原型机“九章三号”被成功构建，它1微秒可算出的最复杂样本，当前全球最快的超级计算机约需200亿年才能完成。

早在2019 年，IBM 就对谷歌的说法提出质疑，谷歌声称谷歌的量子芯片解决了一个传统计算机需要 10,000 年才能解决的问题，称使用对传统系统的不同技术假设，这个问题可以在两天半内解决。

在过去的几十年里，量子计算技术飞速发展。作为一种全新的计算范式，量子计算不仅能够突破传统计算机的瓶颈，还能在各个领域带来巨大的突破与革命。

比如，在机器学习的某些任务中，如神经网络的训练和优化，量子计算机可以加速计算过程。一些量子机器学习算法（如量子支持向量机、量子神经网络）可以利用量子态的叠加和纠缠特性，更高效地处理数据。例如，在处理大规模图像识别任务或自然语言处理任务时，量子计算机有望减少训练时间，提高算法的学习效率。

在量子物理研究中，量子计算机可以模拟复杂的量子系统。例如，用于研究量子多体问题，像高温超导机制。高温超导的微观物理机制一直是凝聚态物理的难题，量子计算机能够通过精确模拟电子之间的相互作用，帮助科学家更好地理解超导现象产生的原因，为开发更高温度的超导材料提供理论支持。

可以看到，从基础科学研究到商业应用，量子计算都有着不可忽视的潜力。