谷歌揭曉「Willow」量子計算芯片
谷歌聲稱這是第一款「超越平衡」的量子計算機，具備實時錯誤修正功能。
目前大科技公司都在專注於提升人工智能處理能力，但谷歌並沒有完全放棄對量子計算的投資。該公司最近宣布了一款名為Willow的量子處理器，聲稱其解決一個問題所需的時間為五分鐘，而最快的傳統計算機則需要10澤塔年（即一個後面跟25個零的數字）。谷歌表示，這一進展讓我們比以往更接近可用的量子計算機，但你仍然不應該期待它的即時到來。
量子計算潛力巨大，能比傳統計算快得多，因為它利用了在最小尺度下物質所顯現的奇特性質。量子位（或稱qubit）依賴超位置和糾纏來進行某些計算，其速度比傳統計算機快幾個數量級，這在谷歌對Willow的實驗室測試中得到了證明。然而，這些處理器需要在超低溫下隔離於所有外部影響，因為即使是微小的能量干擾也會導致量子態的解相干，即編程的量子狀態崩潰。
根據谷歌的說法，Willow在速度上超越了其之前的設計，但真正的進步在於其準確性。即使在量子計算機正確隔離並正常運行的情況下，qubit的輸出仍然是對傳統位的概率測量，這意味著它有時會出錯。一般而言，量子計算機的qubit數量越多，錯誤率也會越高。但谷歌表示，Willow改變了這一趨勢，該系統擁有105個qubit。
谷歌使用一種稱為冷卻器的設備，將量子芯片保持在接近絕對零的溫度，以限制與環境的信息交換。谷歌的量子計算負責人哈特穆特·內文表示，Willow是第一款「低於閾值」的量子系統，隨著qubit數量的增加，其準確性也隨之提高。谷歌對3×3、5×5及7×7的qubit陣列進行測試，每次錯誤率都下降。錯誤修正也非常迅速，因為qubit陣列的壽命長於單個qubit（即量子相干時間）。研究人員稱這是一個「超越平衡」的系統，因為它能進行實時錯誤修正。如果無法快速修正錯誤，計算將在完成之前就被破壞，但對於Willow來說，這不是問題。
Willow能在五分鐘內完成前沿計算，這對於世界上最強大的超級計算機之一來說幾乎是不可能的。考慮到二者之間的性能差距大於宇宙的年齡，人們可能會期待Willow隨時顛覆計算領域。然而，谷歌所使用的測試專門為量子系統設計，稱為隨機電路取樣（RCS）基準，這是谷歌研究人員幾年前制定的，並自此成為該領域的標準。這項測試對量子系統要求很高，讓傳統計算機望塵莫及，主要用於展示量子計算的進步，Willow在這方面確實做到了。在2019年，谷歌曾表示其Sycamore芯片能在三分鐘內完成傳統超級計算機需要10,000年才能完成的計算。
谷歌已在《自然》期刊上發表了其結果，並邀請研究人員查閱其開源量子軟件。儘管谷歌的大部分精力集中在人工智能的傳統計算上，量子計算卻可能顛覆人工智能。內文指出，量子算法的擴展性更佳，可能非常適合運行龐大的人工智能模型。量子計算也可能是藥物發現、氣候建模及其他超出傳統計算範疇的問題的關鍵。
谷歌的量子人工智能實驗室多年來持續取得進展，但Willow仍然只是一個實驗。團隊的目標是進行第一次「有用的、超越傳統」計算，具備實際應用價值。這可能會導致量子計算機在未來幾年內開始發揮作用，但谷歌尚未承諾具體的時間表。
在這篇文章中，谷歌的量子計算進展顯示出其在科技前沿的持續探索，儘管距離實用化仍有距離，但這一領域的潛力無疑是巨大的。量子計算的發展不僅可能改變計算的方式，還可能在人工智能、醫療和環境科學等多個領域產生深遠的影響。隨著技術的不斷進步，未來的量子計算機或許能在更廣泛的應用場景中發揮關鍵作用，值得我們持續關注。
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