谷歌量子芯片有多強(qiáng) 破解量子糾錯(cuò)難題

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2024-12-13 09:36:04 中國(guó)電子報(bào)

谷歌量子芯片有多強(qiáng)！當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月9日，谷歌公布了其最新超導(dǎo)量子計(jì)算芯片Willow。在隨機(jī)電路采樣（RCS）基準(zhǔn)測(cè)試中，Willow在5分鐘內(nèi)完成了當(dāng)前最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一需要102?年才能完成的計(jì)算任務(wù)。這一消息由谷歌首席執(zhí)行官桑達(dá)爾·皮查伊在社交平臺(tái)上發(fā)布，并收到了SpaceX創(chuàng)始人馬斯克和OpenAI首席執(zhí)行官奧特曼的留言互動(dòng)。皮查伊與馬斯克還討論了利用星艦在太空構(gòu)建量子集群的可能性。

Willow不僅在RCS基準(zhǔn)測(cè)試中取得了驚人的成績(jī)，在量子糾錯(cuò)、相干時(shí)間、系統(tǒng)工程等方面也取得了突破性進(jìn)展。特別是在量子糾錯(cuò)領(lǐng)域，谷歌量子AI團(tuán)隊(duì)解決了困擾該領(lǐng)域近30年的關(guān)鍵問題。錯(cuò)誤率一直是量子計(jì)算的主要挑戰(zhàn)之一。相比標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)CPU每十億次到每萬億次的錯(cuò)誤率，量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率要高得多。當(dāng)前最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率通常在1%~0.1%之間。

1995年，麻省理工學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)教授彼得·肖爾提出了量子糾錯(cuò)理論，核心思想是將多個(gè)物理量子比特編碼為邏輯量子比特，以檢測(cè)并糾正某些錯(cuò)誤?；谶@一理念，各種類型的量子糾錯(cuò)代碼被陸續(xù)提出，其中表面碼被認(rèn)為具有較高的工程實(shí)現(xiàn)價(jià)值。表面碼是一種拓?fù)浼m錯(cuò)碼，用二維量子比特點(diǎn)陣編碼邏輯量子比特，具有較高的糾錯(cuò)閾值。表面碼只需要近鄰耦合，對(duì)錯(cuò)誤率的閾值要求較低，盡管其編碼效率不高，但已成為目前最具工程實(shí)現(xiàn)價(jià)值的編碼方法之一，特別適合超導(dǎo)量子芯片。

谷歌Willow的關(guān)鍵進(jìn)展在于實(shí)現(xiàn)了邏輯量子比特以低于量子糾錯(cuò)閾值的錯(cuò)誤率運(yùn)行。這意味著隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，錯(cuò)誤率會(huì)逐漸降低。谷歌團(tuán)隊(duì)測(cè)試了從3x3到5x5再到7x7的物理量子比特陣列，錯(cuò)誤率依次減半。這使得Willow能夠在擴(kuò)大量子比特?cái)?shù)量的同時(shí)降低錯(cuò)誤率，并首次在超導(dǎo)量子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)糾錯(cuò)，使錯(cuò)誤能夠在對(duì)計(jì)算產(chǎn)生破壞之前就被糾正。

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