1970年北京電子管廠的老師傅們,絕對想不到他們手工焊接的晶體管,會在五十年后孕育出能撕裂時空的量子怪獸。2024年寒冬,谷歌扔出的這顆代號Willow的量子芯片,就像《三體》里的智子般鎖死了經典計算機的咽喉——它在5分鐘內完成的計算,竟需要當今最強超算Frontier耗費10的25次方年,這個數字大到宇宙都裝不下!
咱們得從量子世界的底層密碼說起。經典計算機的比特就像胡同口的老張,要么在家(0)要么出門(1),可量子比特卻是會分身術的孫悟空,能同時在家看孩子、出門買菜、胡同口下棋。這種量子疊加態用狄拉克符號表示就是:|ψ?=α|0?+β|1?,其中α2+β2=1。但孫大圣的分身最怕唐僧念咒——環境擾動就是量子比特的緊箍咒,稍微打個噴嚏就會讓疊加態崩塌。
谷歌這次祭出的Willow芯片,硬是在4平方厘米的硅片上塞進105個量子比特,更關鍵的是打破了困擾學界30年的糾錯魔咒。他們玩的表面碼(SurfaceCode)就像量子世界的長城:當量子比特排成3×3方陣時,錯誤率ε=0.028;擴大到5×5方陣,ε驟降到0.013;7×7方陣更降到0.006,完美符合公式ε_L≈ε/(d+1)/2,其中d是糾錯距離。這種指數級降錯的本事,相當于給每個量子比特配了御林軍。
還記得2019年谷歌量子霸權鬧劇嗎?當時那個53量子比特的懸鈴木芯片,
就像剛學會走路的嬰兒。而今天的Willow,已是能扛著九齒釘耙大鬧天宮的齊天大圣。它用的隨機電路采樣(RCS)基準測試,本質上是在量子迷宮里同時派出10^30個分身探路——經典計算機只能派個蝸牛慢慢爬。
這場量子革命背后,站著位中國科學家的幽靈。潘建偉院士團隊2022年在《自然》發表的量子糾錯成果,早就預言了表面碼的突破路徑。谷歌量子AI掌門人哈特穆特·內文私下承認,合肥的量子實驗室讓他們「每晚多喝了兩杯威士忌」。如今Willow芯片里流淌的,何嘗沒有中科大量子糾纏光源的技術基因?
最絕的是谷歌量子硬件總監朱利安·凱利的五年預言:2029年前量子計算機將解密暗物質、設計室溫超導材料。這讓我想起錢學森之問——為什么我們的學校培養不出頂尖人才?當美國人在量子賽道狂飆時,合肥量子信息實驗室的燈光同樣徹夜長明。
歷史總是驚人相似。1946年ENIAC誕生時,誰能想到70年后手機會比它強萬億倍?今天Willow的105個量子比特,或許就是新時代的ENIAC。但別忘了,九章量子計算機76光子突破、祖沖之號62量子比特成果,正昭示著東方量子的覺醒。這場跨越維度的較量,注定要寫進人類文明的星河史冊。
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