“10的25次方”年计算时间，5分钟完成，谷歌展示量子计算重大突破

Alphabet及谷歌CEO Pichai表示，“Willow是构建有用的量子计算机的重要一步，它在药物发现、聚变能、电池设计等领域都有实际应用。”而在他发文官宣这项重磅进展后，马斯克、OpenAI联合创始人兼CEO Sam Altman也纷纷与Pichai在社交媒体上展开互动：

Pichai建议有朝一日用SpaceX的星舰在太空里建个量子集群，马斯克回应称“这很可能会发生”。

萨姆·阿尔特曼说，“大大的祝贺！！”皮查伊则回复说，“多元宇宙未来的量子+AI即将到来，也恭喜o1发布！”

谷歌量子AI实验室的负责人哈特穆特·内文对此高度赞扬，认为Willow的突破可在使用更多量子比特的情况下成倍减少错误，破解了近30年来一直在研究的量子纠错挑战，从而为构建实用的大规模量子计算机铺平了道路。

“低于临界值”为什么这么重要？

错误是量子计算面临的最大挑战之一，因为量子比特（量子计算机中的计算单位）往往会与周围环境快速交换信息，因此很难保护完成计算所需的信息。通常，使用的量子比特越多，错误就会越多，系统就会变得像经典系统一样。

根据谷歌量子AI团队在《自然》杂志上发表的研究结果，“Willow中使用的量子比特越多，错误减少得就越多，系统就越量子化。”该团队测试了越来越大的物理量子比特阵列，从3x3编码量子比特网格扩展到5x5网格，再到7x7网格——每一次，利用谷歌在量子纠错方面的最新进展，错误率都能降低一半。

这一历史性成就在业界被称为“低于临界值”——能够在增加量子比特数量的同时降低错误。必须证明低于临界值才能证明在纠错方面取得了真正的进展，自1995年Peter Shor引入量子纠错以来，这一直是一项艰巨的挑战。

作为首个低于临界值的系统，这是迄今为止构建的可扩展逻辑量子比特最令人信服的原型。这有力地表明，实用的超大型量子计算机确实可以构建。Willow使之更接近运行传统计算机上无法复制的实用、商业相关算法。

破解30年来重大挑战

Willow芯片有105个物理量子比特，是在谷歌量子计算园区建造的制造实验室中开发的。谷歌方面指出，作为设计和制造量子芯片的关键，芯片的所有组件都必须同时经过精心设计和集成，因为如果任何组件滞后或两个组件不能很好地协同工作，就会拖累系统性能。

因此，系统工程至关重要——从芯片架构、制造到开发和校准，需要对量子计算系统进行整体评估，确保最大化系统性能贯穿于全流程。为此，Willow在量子纠错和随机电路采样(RCS)两个系统基准测试中均拥有一流的性能。此类算法基准测试是衡量芯片整体性能的最佳方式。

其他更具体的性能指标也很重要；例如，T1时间(测量量子比特可以保留激发的时间长短—关键的量子计算资源)现在接近100µs(微秒)。与上一代芯片相比，实现了约5倍的性能提升。

谷歌量子硬件部门负责人朱利安·凯利(Julian Kelly)认为，“迅速扩大的差距表明，量子处理器正以双倍指数的速度赶超经典计算机，并且随着扩大规模，其性能将继续远远超过经典计算机。”

接下来，按照谷歌团队的说法，他们已经进行了两种不同类型的实验。一方面，运行了 RCS基准测试，该基准测试衡量了与传统计算机的性能，但没有已知的实际应用。另一方面，对量子系统进行了科学上有趣的模拟，这导致了新的科学发现，但仍在传统计算机的范围内。我们的目标是同时完成这两件事——进入传统计算机无法企及的算法领域，这些算法对现实世界的商业相关问题有用。