2024年12月10日，Google發(fā)布了最新的量子芯片“Willow”。在RCS（隨機(jī)線路采樣）基準(zhǔn)測(cè)試中，Willow展示了史無(wú)前例的量子優(yōu)勢(shì)：僅用5分鐘就完成了當(dāng)前最先進(jìn)超級(jí)計(jì)算機(jī)需要1025年才能完成的計(jì)算。更重要的是，芯片首次實(shí)現(xiàn)了表面碼糾錯(cuò)的突破：邏輯量子比特錯(cuò)誤率低于所有物理量子比特，這標(biāo)志著量子糾錯(cuò)技術(shù)的關(guān)鍵性飛躍。

早在9月，我曾在《返樸》上發(fā)表過(guò)相關(guān)文章，分析Google團(tuán)隊(duì)在量子糾錯(cuò)方面的重要進(jìn)展?？上П藭r(shí)未能引起廣泛關(guān)注。然而，隨著Google正式發(fā)布Willow芯片，這項(xiàng)成果迅速震撼全網(wǎng)，再次引發(fā)了對(duì)量子計(jì)算未來(lái)發(fā)展的討論。

量子芯片概覽：超導(dǎo)技術(shù)的核心特性
量子芯片作為量子計(jì)算的核心邏輯單元，承載了量子比特及其操控和測(cè)量電路。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片相似，量子芯片也通過(guò)微納米級(jí)工藝在襯底上刻印各種元器件。然而，其核心元件為約瑟夫森結(jié)，材料則采用超導(dǎo)體（如鋁、鈮等），這與半導(dǎo)體芯片有本質(zhì)區(qū)別。

超導(dǎo)量子芯片的研發(fā)具有巨大挑戰(zhàn)。量子態(tài)極其脆弱，容易受到環(huán)境噪聲和串?dāng)_的影響。同時(shí)，比特間的相互作用復(fù)雜且難以完全消除，對(duì)設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)提出了極高要求。Google團(tuán)隊(duì)通過(guò)“能隙剪裁（Gap-engineering）”和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化方法，顯著提升了Willow芯片的退相干時(shí)間和量子門(mén)保真度。

Willow的突破：邏輯與系統(tǒng)指標(biāo)的雙重進(jìn)步
與之前的Sycamore芯片相比，Willow的105個(gè)量子比特在連通度和調(diào)控自由度上更進(jìn)一步。其讀取速度突破90萬(wàn)次/秒，表明Google在芯片設(shè)計(jì)與測(cè)控系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化方面取得了顯著成效。這樣的性能提升并非只靠增加比特?cái)?shù)量，而是通過(guò)系統(tǒng)化的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)的。

全球競(jìng)賽與未來(lái)展望
目前，Google與IBM等國(guó)際團(tuán)隊(duì)在量子計(jì)算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。Google專(zhuān)注于量子芯片和錯(cuò)誤糾正技術(shù)，而IBM則探索量子-超算融合的新可能性。國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)量子計(jì)算研究上也取得了一定進(jìn)展，但需注意技術(shù)評(píng)估的全面性，避免片面追求單一指標(biāo)。

總結(jié)
Willow芯片的發(fā)布為量子計(jì)算的發(fā)展注入了新動(dòng)力，也提醒我們對(duì)未來(lái)技術(shù)路徑進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。Google此次發(fā)布與其上一代芯片發(fā)布相隔5年，展現(xiàn)了穩(wěn)健的研發(fā)策略。國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)以此為鑒，在追趕的同時(shí)注重積累和系統(tǒng)優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的量子計(jì)算奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

Google量子AI團(tuán)隊(duì)的突破無(wú)疑是全球量子計(jì)算領(lǐng)域的里程碑。期待未來(lái)更具顛覆性的創(chuàng)新。

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