谷歌 Willow 開創了量子霸權的新里程碑

2025 年 1 月 1 日消息，谷歌推出 105 量子比特超導芯片 Willow。它在量子霸權實驗有突破，5 分鐘內完成傳統計算機需 3 億年的任務。其展示量子硬件容錯方法，能降低邏輯錯誤率，但當前邏輯錯誤量級距目標有差距。

原標題：谷歌 Willow 開創了量子霸權的新里程碑
文章來源：AI前線
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谷歌Willow量子芯片：里程碑式突破與未來挑戰

谷歌近日發布了代號為Willow的全新105量子比特超導芯片，在量子霸權和容錯量子計算方面取得了顯著進展。該芯片完成一項傳統計算機需要3億年才能完成的計算，并展示了將物理量子比特組合成邏輯量子比特以降低錯誤率的方法。

1. 量子霸權與容錯計算

   Willow芯片在隨機電路采樣（RCS）實驗中，不到5分鐘完成了一項計算，而最快的超級計算機需要10²⁵年才能完成。這體現了其在量子霸權方面的突破。更重要的是，Willow展示了量子糾錯能力，通過組合物理量子比特降低邏輯量子比特的錯誤率。 雖然目前只實現了單個邏輯量子比特，且錯誤率(10^-3)仍高于目標值(10^-6)，但這標志著量子計算容錯領域30年努力的頂峰，跨越了重要門檻。

2. 容錯量子比特的挑戰與意義

   實現真正容錯的量子計算需要極低的錯誤率，并需要大量的物理量子比特來構建一個邏輯量子比特。目前估計解決Shor算法至少需要1730個邏輯量子比特，每個邏輯量子比特可能需要數百個物理量子比特。雖然距離實用化還有很長的路要走，但這項成果緩解了人們對經典密碼學即將被的擔憂。

3. 結果的驗證與未來展望

   由于驗證谷歌宣稱的錯誤率降低需要極長的時間，因此其結論存在一定爭議。 一些專家認為，需要設計更有效且可驗證的量子實驗。谷歌的目標是創建集成數千個物理量子比特、錯誤率為10^-6的芯片，并實現包含兩個邏輯量子比特的邏輯門，最終實現具有實際用途的量子計算能力。

4. RCS實驗的局限性

   雖然Willow在RCS實驗中展現了驚人的速度優勢，但RCS本身只是一種檢驗量子計算機是否執行傳統計算機無法完成任務的基本方法。其結果是一個沒有特定值的隨機分布，可能存在更有效的傳統算法來模擬，因此結果的意義需要更深入的討論與驗證。

總而言之，谷歌Willow芯片的成果代表著量子計算領域的重要進展，但距離真正實現容錯的、大規模的量子計算還有很長的路要走。未來的研究需要關注降低錯誤率、提高邏輯量子比特數量以及開發更有效的驗證方法。

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