每經(jīng)記者 蔡鼎    每經(jīng)實習(xí)記者 岳楚鵬    每經(jīng)編輯 蘭素英    

當(dāng)全球都在熱議人工智能的無限可能時，谷歌悄然在量子計算領(lǐng)域取得了一次里程碑式的突破。當(dāng)?shù)貢r間12月9日，谷歌CEO桑達(dá)爾·皮查伊在社交媒體X上宣布，其最新量子芯片Willow實現(xiàn)了“指數(shù)級降低錯誤率”的關(guān)鍵進(jìn)展，成功破解了這一領(lǐng)域困擾研究者30多年的難題。

圖片來源：X平臺

據(jù)悉，這款芯片能在短短5分鐘內(nèi)完成一項超復(fù)雜計算，而這項任務(wù)即便是當(dāng)今最快的超級計算機(jī)，也需要耗時超過宇宙存在時間的長度才能完成。

谷歌這一成果不僅震撼了科技界，還獲得了OpenAI CEO奧爾特曼和特斯拉CEO埃隆·馬斯克等一眾大佬的點贊。馬斯克在皮查伊的動態(tài)下回復(fù)說：“哇，”皮查伊隨即幽默回應(yīng)稱：“我們或許該用星際飛船在太空中打造一個量子集群。”

圖片來源：X平臺

這一突破性成就，徹底引發(fā)了關(guān)于量子計算未來的熱議。究竟什么是量子計算？為何它被視為顛覆傳統(tǒng)計算的革命性技術(shù)？最重要的是，量子計算距離真正改變生活還有多遠(yuǎn)？

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（簡稱“中科大”）量子領(lǐng)域研究人員張浩霖對《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者表示，從原理上講，量子計算的物理性質(zhì)就決定了它一定會比傳統(tǒng)計算強(qiáng)。“中科大的陸朝陽教授曾經(jīng)提出過量子計算的幾個階段：第一個階段是在實驗室里證明它的可行性，第二個階段是證明它比傳統(tǒng)計算具有優(yōu)越性，第三階段是解決特定的實際問題，第四個階段才是通用量子計算機(jī)。目前我們完成了前兩個階段，正處于第三階段的前夕。”

谷歌突破性量子芯片：5分鐘頂目前最強(qiáng)超算10²?年 

當(dāng)?shù)貢r間12月9日，谷歌發(fā)布了最新的量子計算芯片Willow，稱其在糾錯和計算能力方面具有突破性進(jìn)展。

為了測試Willow芯片的性能，谷歌采用了“隨機(jī)電路采樣”（RCS）這個在量子計算界被視為“試金石”的難題，來檢驗量子計算機(jī)是否能完成傳統(tǒng)計算機(jī)幾乎無法實現(xiàn)的任務(wù)。

結(jié)果非常驚人：Willow芯片在不到五分鐘的時間完成了當(dāng)今領(lǐng)先的超級計算機(jī)需要一千萬億億億年（10的25次方，或10²?）才能完成的計算，“這一令人難以置信的數(shù)字超出了物理學(xué)中已知的時間尺度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了宇宙年齡（約138億年）”。

圖片來源：谷歌量子AI截圖

這相對2019年的谷歌量子計算也是一個巨大的跨越。當(dāng)時谷歌宣布其量子處理器Sycamore可以在三分鐘內(nèi)解決一個方程式，而超級計算機(jī)則需要一萬年。

此外，谷歌量子AI創(chuàng)始人兼負(fù)責(zé)人Hartmut Neven引用了大衛(wèi)·多伊奇在其1997年出版的《現(xiàn)實的結(jié)構(gòu)》一書中詳述的預(yù)測，他說：“它（這次實驗）證實了量子計算發(fā)生在許多平行宇宙中的觀點，這與我們生活在多元宇宙中的觀點一致。”

Neven最初開始創(chuàng)立谷歌量子AI時，他的同事很不解，有時會問他，為什么離開蓬勃發(fā)展的AI領(lǐng)域，轉(zhuǎn)而專注于量子計算。他的回答是，這兩項技術(shù)都將被證明是我們這個時代最具變革性的技術(shù)，但先進(jìn)的AI將從量子計算中受益匪淺。 

谷歌并不是唯一一家致力于量子計算的科技巨頭。Nvidia、微軟和IBM也在研究這項技術(shù)。除此之外還有大量的初創(chuàng)企業(yè)和大學(xué)的研究人員也投身這一領(lǐng)域。

解決了近30年的挑戰(zhàn)

到底什么是量子計算呢？為何它被視為顛覆傳統(tǒng)計算的革命性技術(shù)？

中科大量子領(lǐng)域研究人員張浩霖對每經(jīng)記者表示，從原理上講，量子計算的物理性質(zhì)就決定了它一定會比傳統(tǒng)計算強(qiáng)。

在傳統(tǒng)計算中，信息以比特的形式存儲，但比特的儲存信息是有限的，因為比特的值可以是0或1。而量子計算機(jī)使用量子比特代替比特。量子比特具有更豐富的狀態(tài)，不僅限于0或1，它們可以是0和1的疊加態(tài)，也可以是復(fù)雜的組合。就像薛定諤的貓一樣，它可以處于既生又死的狀態(tài)。這樣的狀態(tài)自然能保存更多的信息?？茖W(xué)家們可以使用特定的量子算法去利用這個疊加態(tài)特性，在特定問題上獲得優(yōu)勢。

同時，這也代表著量子計算機(jī)能解決一些傳統(tǒng)計算機(jī)很難去解決的問題。Neven表示：“許多未來改變游戲規(guī)則的應(yīng)用程序在傳統(tǒng)計算機(jī)上是行不通的，它們正等待量子計算來解鎖。”

然而，張浩霖告訴每經(jīng)記者，量子比特非常強(qiáng)大，但也極其脆弱。傳統(tǒng)計算現(xiàn)在幾乎能達(dá)到0錯誤了，但量子計算不行，因為量子比特的物理性質(zhì)導(dǎo)致它非常敏感，環(huán)境對于量子計算的影響很大，但凡有個風(fēng)吹草動就會出現(xiàn)巨大的擾動。而且，研究人員認(rèn)為，量子計算機(jī)需要更多、更大規(guī)模的量子比特才能發(fā)揮實際作用。而使用更多的量子比特也就意味著錯誤會累積得更多，這就形成了一個難以破解的悖論。

另外，由于量子的不可克隆性，一旦出現(xiàn)錯誤，想回溯都是很困難的事情。

不過，Willow能以指數(shù)級的方式減少錯誤率。Neven表示：“Willow使用的量子比特越多，系統(tǒng)的錯誤率越低，其量子特性也越顯著。”

這是為什么？Willow將量子比特組織稱為“邏輯量子比特”的網(wǎng)格配置，這可以實現(xiàn)實時糾錯。并且規(guī)模越大，糾錯效果越好。張浩霖表示，如果規(guī)模足夠的話，錯誤率可以無限接近于0。

圖片來源：谷歌官網(wǎng)截圖

正如理論計算機(jī)科學(xué)家Peter Shor在1995年所說的那樣，在“糾錯閾值以下”運(yùn)行，這是一項歷史性的成就。對于構(gòu)建大規(guī)模的量子計算機(jī)來說，這絕對至關(guān)重要。

專家：量子計算分為四個階段，目前正處于第三階段前夕 

谷歌CEO皮查伊在X平臺發(fā)文稱，Willow是邁向打造實用量子計算機(jī)的重要一步，該計算機(jī)可在藥物研發(fā)、聚變能、電池設(shè)計等多個領(lǐng)域得到實際應(yīng)用。

圖片來源：X平臺截圖

谷歌量子人工智能硬件總監(jiān)Julian Kelly也表示，“這將推動科學(xué)和自然探索的邊界。隨著未來在醫(yī)藥、電池和核聚變等領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用，我們很高興能夠解決無法解決的問題。” 

作為首個低于糾錯閾值的系統(tǒng)，這是迄今為止構(gòu)建的可擴(kuò)展邏輯量子比特最令人信服的原型。這有力地表明，實用的超大型量子計算機(jī)確實可以構(gòu)建，但將量子計算投入實際應(yīng)用還有很長的路要走。

張浩霖對記者表示：“中科大的陸朝陽教授曾經(jīng)提出過量子計算的幾個階段，第一個階段是在實驗室里證明它的可行性，第二個階段是證明它比傳統(tǒng)計算具有優(yōu)越性，第三階段是解決實際問題，第四個階段才是通用量子計算機(jī)。目前我們完成了前兩個階段，正處于第三階段的前夕。”這就像20世紀(jì)40年代的第一臺計算機(jī)一樣——具有革命性，但尚未準(zhǔn)備好進(jìn)入家庭。

在采訪中，他還提到了量子計算機(jī)的壽命問題，在目前谷歌實驗中物理量子比特的壽命只有68微秒，相較于傳統(tǒng)計算能存活幾百年的時間，這點時間可以說是微不足道，盡管谷歌聲稱他們的量子比特陣列比單獨(dú)的物理量子比特的壽命更長。

谷歌也承認(rèn)，我們可能要到2030年才能看到商用量子計算機(jī)。未來量子計算還將面臨諸如提高操作準(zhǔn)確性、開發(fā)更多實用應(yīng)用程序和降低量子計算時間成本等一系列挑戰(zhàn)。

但谷歌表示，它正在朝著目標(biāo)前進(jìn)。2019年，該公司發(fā)布了具有商業(yè)價值的量子計算機(jī)路線圖。Neven表示，他們已經(jīng)完成了一半。

圖片來源：谷歌官網(wǎng)截圖

Willow就像萊特兄弟的第一次飛行——它證明了一切皆有可能。我們或許不會很快駕駛量子飛機(jī)沖破云霄，但現(xiàn)在，量子革命已不可避免。