量子計算長期以來承諾帶來革命性的計算能力提升，但一直受到技術挑戰的制約，特別是隨著系統規模擴大而增加的錯誤率。Google 最新發布的突破性成果標誌著量子計算發展的一個歷史性轉折點，這可能讓我們離實用化的量子計算應用更近一步。
突破性成就
Google 新研發的 Willow 量子處理器展示了兩項開創性成就，這些成就可能重塑量子計算的未來。最引人注目的是，它在不到五分鐘內完成了一項計算，而這項計算即使用當今最快的超級計算機 Frontier 來完成，也需要約10萬億億年——這個時間跨度遠超宇宙現有年齡。
歷史對比：
- 2019年： Google Sycamore 處理器 - 用時200秒完成的運算任務需超級計算機運算10,000年
- 2024年： Google Willow 處理器 - 用時5分鐘完成的運算任務需超級計算機運算10百億億年
革命性的錯誤率降低
Willow 設計最顯著的特點是其能夠在系統擴充套件時降低錯誤率——這解決了困擾量子計算近三十年的問題。在測試從3x3到5x5再到7x7的逐步擴大的量子位元陣列時，研究團隊實現了錯誤率的指數級降低，每次擴充套件都使錯誤率降低一半。這種低於閾值的成就代表著量子計算的根本性突破。
Willow 量子晶片效能指標：
- 計算時間：少於5分鐘
- 相當於傳統超級計算機所需時間：10萬億億年
- 已測試的量子位元網格配置：3x3、5x5、7x7
- 誤差降低：每次擴充套件規模可減少50%誤差
技術創新
與使用二進位制位（0或1）的經典計算機不同，Willow 使用可以透過疊加態同時存在於多個狀態的量子位元。這種量子特效能夠實現非凡的計算能力，但傳統上隨著系統規模擴大會帶來更高的錯誤率。Willow 的架構在擴充套件過程中成功維持了量子相干性，並在接近絕對零度的溫度下執行以實現超導性。
實際應用
雖然目前使用隨機電路取樣（RCS）的基準測試沒有即時的實際應用，但它們展示了量子計算機解決經典系統無法企及的問題的潛力。Google 量子團隊表示，商業應用可能在三到五年內實現，而不是幾十年。目前的量子計算應用已經包括藥物開發和電動汽車電池設計最佳化。
未來影響
這一進展代表著 Google 在實現完全糾錯量子計算機的六步量子路線圖中的第三個里程碑。這一成就表明，量子計算機可能很快就能在以前無法接觸的領域推進科學研究，特別是在複雜量子系統研究和量子效應發揮關鍵作用的人工智慧應用方面。