全球首創：谷歌“柳木”芯片實現可驗證量子優越性，提速1.3萬倍

谷歌量子人工智能團隊憑借其105量子比特的"柳木"處理器，展示了一種能輸出可驗證結果的算法，為實際應用帶來了新希望。

谷歌量子人工智能團隊宣稱，其最新算法可能讓量子計算更接近產生實際影響。

這種名為"量子回聲"的新方法，有朝一日或能幫助科學家設計出更好的藥物、催化劑、聚合物和電池。

盡管早期實驗尚未證明"量子優越性"，但研究人員認為，這些成果標志著向實際應用邁進的轉折點。

量子計算機依賴量子比特，這些組件處理信息的速度指數級快于經典比特。連接的量子比特越多，系統的潛在算力就越強。

谷歌首次引起轟動是在2019年，其54量子比特的"梧桐"處理器在200秒內解決了一個傳統超級計算機需要1萬年才能完成的問題。到了2024年，其105量子比特的"柳木"芯片完成了一項基準計算，若由全球最快的"前沿"超級計算機執行，將需要10^24年。

然而，批評者認為這些基準測試的說服力有限。谷歌早期關于"量子霸權"的聲明，依賴于一種名為隨機電路采樣的過程，該過程復雜但無實際用途。

測試的隨機性也使得在不同量子系統間驗證結果變得困難。

如今，谷歌表示其"量子回聲"算法解決了這一缺陷。當團隊在"柳木"芯片的65個量子比特上運行該算法時，其完成任務的速度比"前沿"超級計算機上最好的經典對應算法快了約1.3萬倍。

最重要的是，它產生了可驗證的結果，并且這些結果可以在多個量子處理器上復現。

"可驗證性的關鍵在于它能導向實際應用，"谷歌量子人工智能團隊的科研科學家托馬斯·奧布萊恩表示，"如果我無法向你證明數據是正確的，我又如何能利用它做任何事情呢？"

"量子回聲"算法解析

該算法分三個階段運行。首先，它執行一系列量子操作，例如模擬分子的行為。接著，它輕微擾動其中一個參與運算的量子比特。

最后，它逆向執行原始操作，并比較兩組結果。

這種"前進-后退"的過程有助于揭示微小變化如何影響整個分子系統，這對于即使是最快的經典超級計算機而言也是難以承受的負擔。

奧布萊恩將量子比特的擾動比作蝴蝶效應，即微小的擾動會在整個系統中產生漣漪效應。

諾貝爾獎得主、谷歌量子硬件首席科學家米歇爾·德沃雷特認為，"柳木"芯片的105量子比特容量和0.1%的低錯誤率是本次實驗得以成功的關鍵。

奧布萊恩指出了本次實驗與谷歌2019年演示在精度上的差異。當時，"收集到的數據中只有0.1%是正確的"，而這次，"可能出錯的數據僅占0.1%"。

邁向實際應用

研究團隊相信，"量子回聲"算法最終或能增強核磁共振波譜學 —— 一種類似于磁共振成像的分子成像技術。

在使用最多15個量子比特的早期測試中，該算法生成了精確的分子模型。"雖然一切仍處于早期階段，但鑒于核磁共振在化學、生物學和材料科學中的廣泛應用，這種方法論未來可能產生廣泛的應用，"加州大學伯克利分校助理教授阿肖克·阿喬伊表示。

奧布萊恩承認，目前的結果尚未超越經典計算機的能力范圍。但他預計，未來在糾錯方面的改進將有助于在真實問題上實現量子優越性。

谷歌量子人工智能的創始人兼負責人哈特穆特·內文仍持樂觀態度。

"我們持續樂觀地認為，在未來五年內，我們將看到只有量子計算機才能實現的現實世界應用，"他表示。

該項研究已發表于《自然》雜志。

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！