谷歌“梧桐”量子芯片，超越最快超算震驚學界

量子計算機一項開創性的實驗表明，在非常特定的領域能夠超越我們最快的經典計算機。

谷歌量子人工智能研究人員發現了一種“穩定的計算複雜階段”，這一階段可以通過現有的量子處理單元（QPUs），也稱爲量子處理器來實現。

這意味着當量子計算機進入這個特定的“弱噪聲階段”時，它們可以進行計算複雜的計算，其性能超過了最快的超級計算機。這項由谷歌的量子計算研究員亞歷克西斯·莫爾萬領導的研究，於 10 月 9 日發表在《自然》雜誌上。

“我們正專注於爲量子計算機開發那些在經典計算機上無法實現的實際應用，”谷歌量子人工智能的代表在一封電子郵件中告訴《生活科學》。“這項研究在這個方向上是意義重大的一步。我們接下來的挑戰在於展示一個具有現實世界影響力的‘超越經典’的應用。”

然而，由量子計算機生成的數據仍然有噪聲，這意味着隨着量子比特數量的增加，它們仍然需要進行相當密集的量子“糾錯”，以使量子比特保持在“弱噪聲階段”。

量子比特，嵌入在量子處理單元（QPU）中，依靠量子力學的原理並行運行計算，而經典計算位只能按順序處理數據。QPU 上的量子比特越多，機器的能力就越呈指數級增強。由於這些並行處理的能力，經典計算機需要數千年才能完成的計算，量子計算機可能在幾秒鐘內就能完成。

但量子比特是“有噪聲的”，這意味着它們高度敏感，容易因干擾而發生故障；大約 每 100 個量子比特中就有 1 個會出現故障，而 每 10 億億個比特中才僅有 1 個會出現故障。例如環境干擾，比如溫度變化、磁場，甚至來自太空的輻射。

這種高錯誤率意味着要實現“量子霸權”，您得需要極其熟練的糾錯技術——目前還沒有——或者擁有數百萬個量子比特的量子計算機。擴展量子計算機並非易事，目前單機中量子比特數最多的約爲 1000 個。

不過，谷歌科學家所進行的新實驗顯示，量子計算機能夠抵禦當前的噪聲水平，並且在特定計算方面勝過經典計算機。然而，當機器規模增大時，可能仍需要糾錯。

科學家們運用了一種被稱作隨機電路採樣（RCS）的方法來檢測超導量子比特二維網格的保真度，超導量子比特屬於最常見的量子比特類型之一，它由懸浮在接近絕對零度溫度下的超導金屬製成。科學家們表示，RCS 是一種用於衡量量子計算機和經典超級計算機性能的基準，同時也是在量子計算機上最難施行的基準。

實驗顯示，工作量子比特能夠通過觸發特定條件在第一階段與被稱爲‘弱噪聲階段’的第二階段之間進行轉換。

在實驗過程中，科學家們人爲地加大了噪聲或者減緩了量子關聯的傳播速度。

在這第二個‘弱噪聲階段’，由於計算十分複雜，他們得出結論：量子計算機能夠超越經典計算機。

他們在谷歌的 67 量子比特的‘梧桐’芯片上證實了這一結論。

“這是在通往實際應用或者超越經典商業應用的征程中的一個里程碑，”谷歌量子人工智能的代表說道。

那些應用在經典計算機上不應具有可複製性。

我們在這項研究中得出的結果是朝着這個方向邁出的重要一步。

如果您在 RCS 基準測試中不能獲勝，那麼在其他任何方面也都無法獲勝。