比经典超算快13000倍，谷歌芯片实现量子计算新突破

xinwen.mobi · 发表于 3 天前

比经典超算快13000倍！谷歌量子计算实现首个可验证突破
谷歌量子AI实验室在《自然》杂志发表的研究成果，标志着量子计算从理论迈向应用的重要转折点。

谷歌量子AI实验室研究团队近日在《自然》杂志上发表了一项突破性研究——他们在自研的Willow量子芯片上运行名为“量子回声”的新算法，实现了历史上首个可验证的量子优势，其运行速度比世界上最快的超级计算机之一“前沿”快13000倍。

特别值得关注的是，该研究的作者之一米歇尔·H·德沃雷刚刚获得了2025年诺贝尔物理学奖，这项突破性工作也进一步验证了他在量子物理领域的贡献。

01 “量子回声”：如何实现超强算力？
“量子回声”算法的运作机制类似一种高度先进的回声探测系统。

研究人员向Willow芯片上的量子比特系统发送精心设计的信号，扰动其中一个量子比特后，再精确逆转信号的演化过程，以“聆听”返回的“回声”。

这种量子回声的特殊之处在于，它会通过相长干涉得到放大——量子波相互叠加后变得更强，从而使测量具备极高的灵敏度。

谷歌用一个生动的比喻解释这种精度：寻找海底沉船时，传统声纳只能提供模糊轮廓，而“量子回声”不仅能找到船，还能看清船身的铭牌。

该算法核心是测量一种被称为“时序无序关联函数”(OTOC)的量子物理量，它是研究量子系统中信息如何传播和混合的关键指标。

02 可验证性：量子计算的重要里程碑
与谷歌2019年发布的“量子优越性”突破相比，本次研究的重大进展在于其可验证性。

量子可验证性意味着该结果可在谷歌的量子计算机或其它同等水平的量子计算机上重复得出，从而确认结果的准确性。

这种可重复、超越经典计算的能力，是量子计算可扩展验证的基础。

谷歌量子AI团队研究员Tom O’Brien强调：“可验证性的关键在于，它是迈向实际应用的一大步。在取得这一成果的过程中，我们正努力推动算法走向主流。”

03 从原理到应用：量子计算的实用前景
在与加州大学伯克利分校的合作中，研究人员在Willow芯片上运行“量子回声”算法，对两个分子（分别包含15个原子和28个原子）进行了研究。

量子计算机得出的结果与传统核磁共振技术结果一致，并且揭示了传统核磁共振通常无法获取的信息。

谷歌量子AI合作者、加州大学伯克利分校化学助理教授Ashok Ajoy表示，该算法展示了量子计算机有效模拟和解析这些自旋之间复杂相互作用的潜力，甚至可能跨越长距离。

这一突破为量子计算在医学和材料科学领域的应用铺平了道路。

未来，量子计算增强型核磁共振技术有望成为药物研发领域的强大工具，助力确定潜在药物与靶点的结合方式。

它也可应用于材料科学，用于表征聚合物、电池组件乃至量子比特构成材料等新型材料的分子结构。

04 技术界的审慎乐观
尽管这项突破令人振奋，但科学界仍持审慎态度。

英国萨塞克斯大学的量子技术教授温弗里德·亨辛格指出，谷歌的成果仍局限于实验层面。

真正具备广泛实用性的量子计算机需要上百万个乃至数十亿个稳定的量子比特。

达特茅斯学院的量子物理学家詹姆斯·惠特菲尔德直言：“这项技术进步令人印象深刻，但认为它能突然解决一些经济上可行的问题，还是略显牵强。”

中国科学家潘建伟此前也曾在《自然》杂志提醒业界应警惕和防止量子计算的泡沫产生。

国盾量子上海公司总经理王哲辉分析称，谷歌的量子算法突破是一个振奋人心的成果，但要从当前的概念验证走向实际应用仍面临巨大挑战。

05 全球量子竞争加速
谷歌此次突破引发了资本市场对量子技术的高度关注。

消息公布后，美国头部量子计算公司D-Wave和Rigetti Computing股价大幅波动，两家公司在经历了10月22日收盘的暴跌后，10月23日美股盘前股价涨幅均超过10%。

全球范围内，由资本驱动的量子技术投资正在掀起新一轮浪潮。

近日，诺和诺德母公司投资设立了量子专项风投基金55 North，首轮募资约3亿欧元，成为目前全球规模最大的量子专项风险投资基金。

中国作为量子技术的全球领先力量，也有望在这一轮量子技术变革中迎来机遇。

数据显示，中国对量子技术的投资已达到百亿美元规模量级。

根据谷歌的战略路线图，其目前已实现“超经典量子计算”和“量子纠错原型”两个关键节点。

此次实现的首次可验证的量子优势算法则处于“量子纠错原型”和“长寿命逻辑量子比特”两项里程碑之间。

谷歌工程副总裁哈特穆特·内文预计，五年之内，量子计算机可能在现实世界中得到实际应用。

量子计算领域正经历着从量变到质变的飞跃。随着资本持续投入、技术路线逐渐清晰，人类站在了一个前所未有的临界点——从那头传来的是量子计算实用化时代的回声。

我们这一代人，很可能将亲眼见证这场改变人类文明进程的科技革命。

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