魚羊 西風(fēng) 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

全球科技圈都在為Sora瘋狂，馬斯克卻輕輕給谷歌點了個贊（doge）。

就在OpenAI“雙12”第三天，谷歌在前沿科技的另一極出手了：

發(fā)布最新量子芯片，5分鐘內(nèi)完成當今最快超級計算機之一需要102?年才能完成的計算！

怎么說102?這事兒呢，就是……

10000000000000000000000000，10億億億年。

這一成果由谷歌CEO皮猜本人親自在官宣，并已在Nature上加急發(fā)表。

連剛下直播的奧特曼和OpenAI總裁Brockman，也現(xiàn)身道賀：

據(jù)Nature消息，我國量子領(lǐng)域大拿陸朝陽也對此評價稱：

這項工作展現(xiàn)了真正非凡的技術(shù)突破。

新芯片名為Willow，擁有105個量子比特，在量子糾錯和隨機電路采樣兩個基準測試中，都達到了SOTA，實現(xiàn)兩項重大成就：

• 隨著量子比特的增加，Willow可以實現(xiàn)指數(shù)級的錯誤率降低——這是量子糾錯領(lǐng)域30年來一直試圖解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
• Willow在5分鐘內(nèi)，完成當今最快超級計算機之一需要102?年才能完成的計算，數(shù)字遠超宇宙年齡。

官方公告中，甚至還由此開啟了對平行宇宙學(xué)說的新討論……

它證實了David Deutsch做出的預(yù)測：量子計算發(fā)生在許多平行宇宙中，這與我們生活在多元宇宙中的觀點是一致的。

來看具體細節(jié)。

5分鐘完成102?年計算

錯誤是量子計算面臨的最大的挑戰(zhàn)之一。

簡單來說，量子比特利用疊加態(tài)來進行計算，對環(huán)境擾動極其敏感，這就意味著它們很難保護完成計算所需的信息。

并且通常，量子比特越多，發(fā)生的錯誤就越多。這會使得系統(tǒng)越來越“經(jīng)典”，即不再具備量子系統(tǒng)的特性。

因此，控制錯誤率，讓錯誤率低于某個閾值，是量子計算大規(guī)模應(yīng)用的一個非常重要的前提。而現(xiàn)在，谷歌的Willow實現(xiàn)了錯誤率的指數(shù)級降低——

首次達成“低于閾值”的里程碑成就。

Google Quantum AI的創(chuàng)始人&負責(zé)人Hartmut Neven對此進一步解釋說：

作為第一個低于閾值的系統(tǒng)，這是迄今為止最令人信服的可擴展邏輯量子比特原型。
這項成果表明，有用的、規(guī)模非常大的量子計算機真的可以造出來。
Willow讓我們更接近用量子計算機運行實用的、與商業(yè)相關(guān)的算法，并且這些算法是無法用經(jīng)典計算機解決的。

具體來說，谷歌在兩個超導(dǎo)量子處理器上實現(xiàn)了低于閾值的表面碼量子存儲器：

72量子比特處理器，表面碼碼距為5；

105量子比特處理器，表面碼碼距為7。

表面碼是指一種基于二維陣列結(jié)構(gòu)的量子糾錯編碼方案。

一方面，Willow的量子比特數(shù)達到105，相較之下，谷歌此前達成量子優(yōu)越性成就的“懸鈴木”僅包含53個量子比特。

另一方面，更重要的是，隨著他們將表面碼從碼距3擴展到碼距5、7時，通過增加物理量子比特，谷歌實現(xiàn)了邏輯量子比特錯誤率的指數(shù)級下降。

同時，研究人員提到，Willow中邏輯量子比特的壽命比組成它們的量子比特壽命要長得多，能達到2.4±0.3倍。

這就意味著，通過正確的糾錯技術(shù)，量子計算機可以隨著規(guī)模的擴大，以越來越高的精度進行計算。這為實現(xiàn)大規(guī)模容錯量子計算奠定了基礎(chǔ)。

這里附上有關(guān)“邏輯量子比特”和“物理量子比特”的背景小知識：
物理量子比特是量子計算機中實際的硬件組成，通常由超導(dǎo)電路、離子阱、光子等物理系統(tǒng)實現(xiàn)。
邏輯量子比特是由多個物理量子比特通過量子糾錯編碼構(gòu)成的抽象信息單元，不直接對應(yīng)物理組件。

研究人員采用隨機電路采樣（RCS）基準來測試Willow的性能——對，還是當時用來評價懸鈴木的那一套。

Willow的表現(xiàn)是：在5分鐘內(nèi)，完成了現(xiàn)今最快的超級計算機之一需要102?年才能完成的計算。

Nature對此的評價是：目前的量子計算機對于大多數(shù)商業(yè)和科學(xué)應(yīng)用來說太小且太容易出錯，現(xiàn)在，Willow達成了構(gòu)建足夠明確、有用的量子計算機的關(guān)鍵里程碑。

以下是Willow的關(guān)鍵規(guī)格表：

不過，需要說明的是，Willow依然沒有在實際應(yīng)用測試中展現(xiàn)超越經(jīng)典計算機的能力。

除了RCS基準測試之外，研究人員也在該系統(tǒng)中做了其他實驗?zāi)M，但這些實驗結(jié)果仍然沒有超出經(jīng)典計算機的能力范圍。

值得注意的是，這張路線圖橫軸以“商業(yè)相關(guān)性”為坐標，量子機器學(xué)習(xí)、量子化學(xué)模擬被劃分在最有可能商業(yè)應(yīng)用的象限。

網(wǎng)友就“平行宇宙”展開熱議

還有一點引起網(wǎng)友關(guān)注的是，谷歌的官方Blog介紹中有提到：

Willow在不到五分鐘的時間內(nèi)完成了一項計算，而今天最快的超級計算機則需要102?年。如果要寫出來，那就是10000000000000000000000000年。
這個令人難以置信的數(shù)字超出了物理學(xué)中已知的時間尺度，遠遠超過了宇宙的年齡。
它為量子計算發(fā)生在許多平行宇宙中的觀點提供了支持，這與David Deutsch所預(yù)測的“我們生活在多元宇宙”的觀點一致。

看到這段話，網(wǎng)友們感到很驚訝：

量子計算領(lǐng)域的人真的認為我們是在從其它宇宙借用計算能力來完成這些計算嗎？

有網(wǎng)友表示，論文中并沒有類似的表述：

在Blog中這樣說，只是為了炒作。

也有網(wǎng)友反對這種說法：

量子計算在多個宇宙中完成，這是量子計算之父David Deutsch提出來的解釋。他發(fā)明了量子計算機的概念來檢驗平行宇宙的想法。
如果你對從無中產(chǎn)生一個宇宙沒有異議，那么你也應(yīng)該能夠很好地處理平行宇宙。

隨后更多人加入其中，討論一度激烈。

但正如網(wǎng)友所說，無論如何，目前尚無科學(xué)方法來證偽或證實。

關(guān)于Google Quantum AI

這項具有突破性的研究，論文署名為Google Quantum AI及其合作者，包括但不限于：

Google Quantum AI團隊創(chuàng)始人兼負責(zé)人Hartmut Neven、量子計算理論首席科學(xué)家Sergio Boixo等，其中還有不少華人學(xué)者的身影。

完整名單如下：

Google Quantum AI 2012年成立，他們使命是為當前無法解決的問題構(gòu)建量子計算。

其量子計算方法涵蓋了從量子處理器、控制和解碼硬件、低溫恒溫器到操作系統(tǒng)和用戶界面軟件等所有硬件和軟件組件的無縫整合。

團隊也是一個硬件+軟件的多元化、多學(xué)科團隊。

創(chuàng)始人兼負責(zé)人Hartmut Neven，于1996年獲得波鴻魯爾大學(xué)的博士學(xué)位，曾是南加州大學(xué)計算機科學(xué)和理論神經(jīng)科學(xué)的研究教授。

加入谷歌前，Neven曾共同創(chuàng)立了兩家公司——Eyematic和Neven Vision，均有關(guān)于面部識別技術(shù)；加入谷歌后，擔(dān)任谷歌視覺搜索團隊負責(zé)人。

2006年，Neven開始探索一個新的idea——用量子計算來加快機器學(xué)習(xí)的速度，之后催生了谷歌AI量子團隊。

Neven也是“Neven定律”的提出者。該定律認為，量子計算機解決某些特定問題的速度將以雙指數(shù)的速度提升，這一速度遠超過傳統(tǒng)計算機在相同問題上通過摩爾定律提升的速度。

△Hartmut Neven

在量子計算上，谷歌的攻堅是一場從零開始的科研馬拉松。

Neven 2012年共同創(chuàng)立了谷歌AI量子團隊后，2014年，美國物理學(xué)會院士John Martinis加入了谷歌，擔(dān)任谷歌量子硬件首席科學(xué)家，領(lǐng)導(dǎo)構(gòu)建量子計算機的工作。

再兩年后，量子計算理論首席科學(xué)家Sergio Boixo在Nature Communications上發(fā)表了相關(guān)論文，最終將團隊的工作重點聚焦到了量子優(yōu)勢性計算任務(wù)上來。

但即便對于谷歌這樣的明星團隊來說，這項工作也一樣是巨大的挑戰(zhàn)。

直到2019年，谷歌首次實現(xiàn)量子優(yōu)越性Quantum Supremacy，轟動圈內(nèi)外。

就是那個量子計算200秒=地球最強超算1萬年的突破，53個量子比特的處理器Sycamore在200秒內(nèi)，完成了超級計算機需要1萬年才能算完的任務(wù)。

論文直接登上Nature 150周年紀念特刊、各大主流媒體頭版頭條、熱度全網(wǎng)第一。

之后，Hartmut Neven又帶領(lǐng)團隊進行持續(xù)性研究，一籮筐研究被Nature、Science等各大頂刊收錄。

如今，Willow的發(fā)布再給大伙兒帶來了億點點震撼。

參考鏈接：
[1]https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/
[2]https://www.nature.com/articles/d41586-024-04028-3
[3]https://www.nature.com/articles/s41586-024-08449-y
[4]https://news.ycombinator.com/item?id=42367649
[5]https://x.com/elonmusk/status/1866170803051499874