Google发布105量子比特超导芯片Willow
Google近日宣布推出了代号为Willow的105量子比特超导芯片,该芯片成功完成了一项量子霸权实验,该实验在经典计算机上模拟至少需要3亿年。更重要的是,Willow展示了量子硬件如何在实现容错的同时释放其可扩展性。
关键突破:逻辑量子比特的容错性
在《自然》杂志上发表的研究中,Willow展示了将多个物理量子比特组合成逻辑量子比特的可能性,使得逻辑量子比特的错误率随着物理量子比特数量的增加而降低。研究人员通过逐步增加物理量子比特的阵列规模(从3x3到5x5再到7x7),并应用最新的量子纠错技术,每次都将错误率降低了一半。
实现这一突破的前提是物理量子比特的错误率低于某个阈值,这使得逻辑错误率随着物理量子比特的增加呈指数级下降。
专家评价:进化而非革命
知名计算机科学家Scott Aaronson指出,虽然这一进展并非革命性的,但它标志着量子计算容错性30年努力的一个重要里程碑。这一突破使得人们可以预见未来的某个时刻,逻辑量子比特将能够被长时间保存和操作,从而实现可扩展的量子计算。
当前局限与未来目标
需要注意的是,Google的成果仅限于单个逻辑量子比特,且仅展示了逻辑量子比特在扩展时能够降低错误率,但尚未达到足够低的错误率。Willow的逻辑错误率约为10^-3,而Google的目标是实现10^-6的错误率,才能宣称实现了真正的容错量子比特。
此外,运行Shor算法等大规模量子算法需要大量逻辑量子比特(至少1730个),因此短期内量子计算对经典密码学的威胁仍然有限。
量子霸权的进一步证明
Willow的另一个重要成就是在不到5分钟内完成了基于随机电路采样(RCS)的实验,进一步推进了量子霸权的界限。该计算在经典计算机上模拟需要10^25年,远超已知的物理时间尺度甚至宇宙的年龄。
然而,RCS仅用于验证量子计算机是否执行了经典计算机无法完成的任务,其计算结果本身并无特定价值。此外,由于验证结果需要极长时间,Google的验证基于外推数据,因此部分人可能认为其宣称的错误率降低并不完全准确。
未来挑战与展望
Google量子AI负责人Hartmut Neven表示,下一步的挑战是开发出集成数千个物理量子比特且错误率达到10^-6的芯片,随后实现包含两个逻辑量子比特的逻辑门,并最终扩展硬件规模以支持有用的计算。
争议与批判
以色列数学家Gil Kalai对Google的量子霸权声明提出了质疑,认为其成果可能被夸大。这进一步凸显了设计可高效验证的近期量子实验的重要性。
总之,量子计算的前路仍然漫长,但随着Willow的发布,Google在量子硬件容错性和可扩展性方面迈出了重要的一步。
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