谷歌量子芯片有多強破解量子糾錯難題

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2024-12-13 09:36:04 中國電子報

谷歌量子芯片有多強！當?shù)貢r間12月9日，谷歌公布了其最新超導量子計算芯片Willow。在隨機電路采樣（RCS）基準測試中，Willow在5分鐘內完成了當前最強大的超級計算機之一需要102?年才能完成的計算任務。這一消息由谷歌首席執(zhí)行官桑達爾·皮查伊在社交平臺上發(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。皮查伊與馬斯克還討論了利用星艦在太空構建量子集群的可能性。

Willow不僅在RCS基準測試中取得了驚人的成績，在量子糾錯、相干時間、系統(tǒng)工程等方面也取得了突破性進展。特別是在量子糾錯領域，谷歌量子AI團隊解決了困擾該領域近30年的關鍵問題。錯誤率一直是量子計算的主要挑戰(zhàn)之一。相比標準計算機CPU每十億次到每萬億次的錯誤率，量子計算機的錯誤率要高得多。當前最先進的量子計算機的錯誤率通常在1%~0.1%之間。

1995年，麻省理工學院應用數(shù)學教授彼得·肖爾提出了量子糾錯理論，核心思想是將多個物理量子比特編碼為邏輯量子比特，以檢測并糾正某些錯誤。基于這一理念，各種類型的量子糾錯代碼被陸續(xù)提出，其中表面碼被認為具有較高的工程實現(xiàn)價值。表面碼是一種拓撲糾錯碼，用二維量子比特點陣編碼邏輯量子比特，具有較高的糾錯閾值。表面碼只需要近鄰耦合，對錯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現(xiàn)價值的編碼方法之一，特別適合超導量子芯片。

谷歌Willow的關鍵進展在于實現(xiàn)了邏輯量子比特以低于量子糾錯閾值的錯誤率運行。這意味著隨著量子比特數(shù)量的增加，錯誤率會逐漸降低。谷歌團隊測試了從3x3到5x5再到7x7的物理量子比特陣列，錯誤率依次減半。這使得Willow能夠在擴大量子比特數(shù)量的同時降低錯誤率，并首次在超導量子系統(tǒng)實現(xiàn)實時糾錯，使錯誤能夠在對計算產(chǎn)生破壞之前就被糾正。

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