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2024-12-11 
谷歌研發超強算力“量子芯片”馬斯克送上“Wow”
外表看起來，它就像一塊黑巧克力，但這個“小身材”的薄片，蘊含的“大能量”不可小覷。
它就是谷歌公司于美國時間9日宣布研發的最新量子芯片“威洛”。按照谷歌的說法，“威洛”在量子計算領域實現兩項突破。
第一，它可在使用更多量子比特的情況下，成倍減少錯誤，破解了約30年來的量子糾錯挑戰。
第二，它在不到5分鐘時間，完成當今最快的超級計算機需要10堯（10的25次方）年才能完成的任務。
“威洛”為何如此神奇？這一最新科技成果又將對人類產生何種影響？
易“犯錯”咋辦？
字母表公司首席執行官孫達爾·皮柴發文官宣這項重磅進展后，特斯拉CEO馬斯克立即評論“Wow”。兩人還在社交媒體評論區熱聊起來。
“威洛”帶來哪些新的不同？回答這個問題，要先從量子計算說起。
有句網絡流行語叫“遇事不決，量子力學”，調侃之余盡顯量子力學的神秘。而以量子力學為核心理論基礎的量子計算，對于普通人而言，同樣顯得非常“高冷”。
但事實上，量子計算在信息處理、人工智能、醫療研究等領域都有廣泛應用前景，它正與我們的生活日益走近，逐漸交融。
要實現量子計算，量子計算機是必備工具。與普通計算機相比，兩者可謂“各有分工”。
普通計算機主要滿足大多數日常和商業計算任務需求。量子計算機的優勢領域則包括量子模擬、密碼學、機器學習等涉及復雜計算的問題和大規模數據處理。
有人說，如果普通計算機像一輛馬車，那么量子計算機就好比一輛跑車，其“神算之術”主要依托不同的計算原理。
眾所周知，普通計算機基于經典物理學，采用二進制系統，以比特作為信息存儲和處理的基本單位，每個比特只能表示0或1兩種狀態。
而量子計算機則遵循量子力學規律，使用量子比特作為基本信息存儲和處理單位。量子比特以0和1的疊加態存在，并可使用量子糾纏和量子疊加等獨特的量子效應進行信息處理，極大提高計算效率。
打個通俗的比方，就像一枚神奇的硬幣，可以同時是正面和反面，這就是所謂的“疊加態”。量子計算的另一神奇概念叫做“糾纏”——好比一對能夠相互作用的骰子，當你擲出其中一個時，另一個立即顯示相同點數，無論它們相隔多遠。
由此看來，量子計算機確實“厲害了”。然而，它在實現正常工作前，還要解決一個大問題。那就是必須糾正運行中產生的隨機錯誤。
這個問題對于普通計算機來說，比較好辦。它可以通過將一些信息復制到冗余的“糾錯”比特中來實現。發生錯誤時，芯片可以在“糾錯”比特的幫助下發現問題并修復。
但對于量子計算機而言，解決起來就有點復雜。
第一個原因是，量子比特的信息不能像普通計算機糾錯機制那樣簡單地復制到冗余量子比特上。
第二個原因是，量子比特容易“犯錯”，它可能受到次原子粒子這樣極小“顆粒”影響。而且通常，芯片所含量子比特越多，出錯概率越大。
因此，上世紀90年代以來，科學家們一直在研究量子糾錯。但迄今為止尚不能大幅降低錯誤。
有何新突破？
介紹了上述背景，接著說說“威洛”到底有何新突破。
首先，“威洛”實現了隨著量子比特數量的增加，錯誤率反而大幅下降的目標。
“威洛”擁有105個量子比特。谷歌在國際頂級期刊《自然》雜志上發表的結果顯示，他們測試了從3
×3、5×5到7×7不同大小的量子比特網格，每次都能將錯誤率減半。
這被稱為“低于閾值”，是自1995年彼得·秀爾提出量子糾錯以來一直未能攻克的難題。
按照谷歌的說法，研究人員發現一種通過向系統中引入更多量子比特來減少錯誤的方法，并且能夠實時糾正錯誤。這為研制“實用的大規模量子計算機鋪平了道路”。
在性能方面，“威洛”表現也遠勝超級計算機，令人驚嘆。
它在不到5分鐘的時間內完成了一項計算，而當今最快的超級計算機上需要10堯（10的25次方）年才能完成相同任務。10堯年的時間跨度已遠遠超過宇宙的年齡。
距離商用尚遠
在應用前景方面，量子計算對于收集人工智能訓練數據將是不可或缺的。它將有助于研發新藥，為電動汽車設計更高效的電池，并加速核聚變和新能源替代的進展。它還將被用于解決物流問題，如飛機的貨物配送或電信信號等。
在上述需要用到超強算力的領域，都有“威洛”的用武之地。
與此同時，業內人士表示，“威洛”目前主要是一個實驗設備，這意味著要想制造出足夠強大的量子計算機來解決廣泛的現實問題，還需要數年時間和數十億美元的投入。
谷歌的量子人工智能實驗室負責人哈特穆特·內文表示，“威洛”將被用于一些實際應用，但目前拒絕提供更多細節。他表示，具備商業應用價值的量子芯片在2030年之前不可能問世。
英國薩里大學計算機專家艾倫·伍德沃德教授表示，這一進展“鼓舞了所有努力制造實用量子計算機的人”。但就研發具有實用性的通用量子計算機而言，“威洛”的運算錯誤率仍需要大幅降低。
美國國家量子計算中心主任邁克·卡斯伯特指出，“威洛”更像是一個“里程碑，而不是一個突破”。
（文章來源：上觀新聞）
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