谷歌量子芯片引爆熱議：5分鐘算完102?年任務，Nature加急發表，還證實了多元宇宙？？？

魚羊 西風 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

全球科技圈都在為Sora瘋狂，馬斯克卻輕輕給谷歌點了個贊（doge）。

就在OpenAI“雙12”第三天，谷歌在前沿科技的另一極出手了：

發布最新量子芯片，5分鐘內完成當今最快超級計算機之一需要102?年才能完成的計算！

怎么說102?這事兒呢，就是……

10000000000000000000000000，10億億億年。

這一成果由谷歌CEO皮猜本人親自在??官宣，并已在Nature上加急發表。

連剛下直播的奧特曼和OpenAI總裁Brockman，也現身道賀：

據Nature消息，我國量子領域大拿陸朝陽也對此評價稱：

這項工作展現了真正非凡的技術突破。

新芯片名為Willow，擁有105個量子比特，在量子糾錯和隨機電路采樣兩個基準測試中，都達到了SOTA，實現兩項重大成就：

• 隨著量子比特的增加，Willow可以實現指數級的錯誤率降低——這是量子糾錯領域30年來一直試圖解決的關鍵挑戰。
• Willow在5分鐘內，完成當今最快超級計算機之一需要102?年才能完成的計算，數字遠超宇宙年齡。

官方公告中，甚至還由此開啟了對平行宇宙學說的新討論……

它證實了David Deutsch做出的預測：量子計算發生在許多平行宇宙中，這與我們生活在多元宇宙中的觀點是一致的。

來看具體細節。

5分鐘完成102?年計算

錯誤是量子計算面臨的最大的挑戰之一。

簡單來說，量子比特利用疊加態來進行計算，對環境擾動極其敏感，這就意味著它們很難保護完成計算所需的信息。

并且通常，量子比特越多，發生的錯誤就越多。這會使得系統越來越“經典”，即不再具備量子系統的特性。

因此，控制錯誤率，讓錯誤率低于某個閾值，是量子計算大規模應用的一個非常重要的前提。而現在，谷歌的Willow實現了錯誤率的指數級降低——

首次達成“低于閾值”的里程碑成就。

Google Quantum AI的創始人&負責人Hartmut Neven對此進一步解釋說：

作為第一個低于閾值的系統，這是迄今為止最令人信服的可擴展邏輯量子比特原型。

這項成果表明，有用的、規模非常大的量子計算機真的可以造出來。

Willow讓我們更接近用量子計算機運行實用的、與商業相關的算法，并且這些算法是無法用經典計算機解決的。

具體來說，谷歌在兩個超導量子處理器上實現了低于閾值的表面碼量子存儲器：

72量子比特處理器，表面碼碼距為5；

105量子比特處理器，表面碼碼距為7。

表面碼是指一種基于二維陣列結構的量子糾錯編碼方案。

一方面，Willow的量子比特數達到105，相較之下，谷歌此前達成量子優越性成就的“懸鈴木”僅包含53個量子比特。

另一方面，更重要的是，隨著他們將表面碼從碼距3擴展到碼距5、7時，通過增加物理量子比特，谷歌實現了邏輯量子比特錯誤率的指數級下降。

同時，研究人員提到，Willow中邏輯量子比特的壽命比組成它們的量子比特壽命要長得多，能達到2.4±0.3倍。

這就意味著，通過正確的糾錯技術，量子計算機可以隨著規模的擴大，以越來越高的精度進行計算。這為實現大規模容錯量子計算奠定了基礎。

這里附上有關“邏輯量子比特”和“物理量子比特”的背景小知識：

物理量子比特是量子計算機中實際的硬件組成，通常由超導電路、離子阱、光子等物理系統實現。

邏輯量子比特是由多個物理量子比特通過量子糾錯編碼構成的抽象信息單元，不直接對應物理組件。

研究人員采用隨機電路采樣（RCS）基準來測試Willow的性能——對，還是當時用來評價懸鈴木的那一套。

Willow的表現是：在5分鐘內，完成了現今最快的超級計算機之一需要102?年才能完成的計算。

Nature對此的評價是：目前的量子計算機對于大多數商業和科學應用來說太小且太容易出錯，現在，Willow達成了構建足夠明確、有用的量子計算機的關鍵里程碑。

以下是Willow的關鍵規格表：

不過，需要說明的是，Willow依然沒有在實際應用測試中展現超越經典計算機的能力。

除了RCS基準測試之外，研究人員也在該系統中做了其他實驗模擬，但這些實驗結果仍然沒有超出經典計算機的能力范圍。

值得注意的是，這張路線圖橫軸以“商業相關性”為坐標，量子機器學習、量子化學模擬被劃分在最有可能商業應用的象限。

網友就“平行宇宙”展開熱議

還有一點引起網友關注的是，谷歌的官方Blog介紹中有提到：

Willow在不到五分鐘的時間內完成了一項計算，而今天最快的超級計算機則需要102?年。如果要寫出來，那就是10000000000000000000000000年。

這個令人難以置信的數字超出了物理學中已知的時間尺度，遠遠超過了宇宙的年齡。

它為量子計算發生在許多平行宇宙中的觀點提供了支持，這與David Deutsch所預測的“我們生活在多元宇宙”的觀點一致。

看到這段話，網友們感到很驚訝：

量子計算領域的人真的認為我們是在從其它宇宙借用計算能力來完成這些計算嗎？

有網友表示，論文中并沒有類似的表述：

在Blog中這樣說，只是為了炒作。

也有網友反對這種說法：

量子計算在多個宇宙中完成，這是量子計算之父David Deutsch提出來的解釋。他發明了量子計算機的概念來檢驗平行宇宙的想法。

如果你對從無中產生一個宇宙沒有異議，那么你也應該能夠很好地處理平行宇宙。

隨后更多人加入其中，討論一度激烈。

但正如網友所說，無論如何，目前尚無科學方法來證偽或證實。

關于Google Quantum AI

這項具有突破性的研究，論文署名為Google Quantum AI及其合作者，包括但不限于：

Google Quantum AI團隊創始人兼負責人Hartmut Neven、量子計算理論首席科學家Sergio Boixo等，其中還有不少華人學者的身影。

完整名單如下：

Google Quantum AI 2012年成立，他們使命是為當前無法解決的問題構建量子計算。

其量子計算方法涵蓋了從量子處理器、控制和解碼硬件、低溫恒溫器到操作系統和用戶界面軟件等所有硬件和軟件組件的無縫整合。

團隊也是一個硬件+軟件的多元化、多學科團隊。

創始人兼負責人Hartmut Neven，于1996年獲得波鴻魯爾大學的博士學位，曾是南加州大學計算機科學和理論神經科學的研究教授。

加入谷歌前，Neven曾共同創立了兩家公司——Eyematic和Neven Vision，均有關于面部識別技術；加入谷歌后，擔任谷歌視覺搜索團隊負責人。

2006年，Neven開始探索一個新的idea——用量子計算來加快機器學習的速度，之后催生了谷歌AI量子團隊。

Neven也是“Neven定律”的提出者。該定律認為，量子計算機解決某些特定問題的速度將以雙指數的速度提升，這一速度遠超過傳統計算機在相同問題上通過摩爾定律提升的速度。

△Hartmut Neven

在量子計算上，谷歌的攻堅是一場從零開始的科研馬拉松。

Neven 2012年共同創立了谷歌AI量子團隊后，2014年，美國物理學會院士John Martinis加入了谷歌，擔任谷歌量子硬件首席科學家，領導構建量子計算機的工作。

再兩年后，量子計算理論首席科學家Sergio Boixo在Nature Communications上發表了相關論文，最終將團隊的工作重點聚焦到了量子優勢性計算任務上來。

但即便對于谷歌這樣的明星團隊來說，這項工作也一樣是巨大的挑戰。

直到2019年，谷歌首次實現量子優越性Quantum Supremacy，轟動圈內外。

就是那個量子計算200秒=地球最強超算1萬年的突破，53個量子比特的處理器Sycamore在200秒內，完成了超級計算機需要1萬年才能算完的任務。

論文直接登上Nature 150周年紀念特刊、各大主流媒體頭版頭條、熱度全網第一。

之后，Hartmut Neven又帶領團隊進行持續性研究，一籮筐研究被Nature、Science等各大頂刊收錄。

如今，Willow的發布再給大伙兒帶來了億點點震撼。

參考鏈接：
[1]https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/
[2]https://www.nature.com/articles/d41586-024-04028-3
[3]https://www.nature.com/articles/s41586-024-08449-y
[4]https://news.ycombinator.com/item?id=42367649
[5]https://x.com/elonmusk/status/1866170803051499874