谷歌宣布量子计算取得重大突破

谷歌利用其 "Willow" 量子芯片和一种名为“量子回声”的算法，首次实现了可验证的量子优势。该算法在特定任务上的运行速度比顶尖的超级计算机快 13,000 倍，证明了量子计算机在模拟分子结构等现实问题上的巨大潜力，并预示着相关实际应用可能在未来五年内出现。

核心突破：可验证的量子优势

谷歌的研究核心在于证明量子计算机能够解决一些对传统计算机来说极其困难的问题。这一成果基于其去年推出的 "Willow" 量子芯片。

• 关键算法： 他们运行了一种名为“乱序时间相关器”（OTOC）的算法，并将其命名为“量子回声”。
• 性能对比： 在 Willow 芯片上运行该算法的速度，比目前世界上最快的超级计算机之一运行最佳的经典算法还要快 13,000 倍。
• 核心意义： 这首次验证了量子计算机在模拟量子系统互动方式上具备的实际优势，而不仅仅是理论上的可能性。

量子计算的一个核心信念是，使用可以同时代表多种状态的量子比特（qubit），可以帮助我们更深入地理解周围的量子世界。

工作原理：“量子回声”

“量子回声”这个名字形象地描述了算法与量子系统（即 Willow 芯片）的互动方式。这个过程极其灵敏，能够捕捉到微小的量子效应。

谷歌对此解释道：

我们向量子系统（Willow 芯片上的量子比特）发送一个精心设计的信号，扰动其中一个量子比特，然后精确地反转信号的演化过程，以聆听返回的‘回声’。

这种回声通过量子波的“相长干涉”效应被放大，使得测量结果异常精确。

现实应用与未来展望

这种高灵敏度的测量能力，意味着量子计算机可以成为模拟微观世界的强大工具。

• 验证实验： 谷歌与加州大学伯克利分校合作，使用“量子回声”算法研究了两种分子的结构，并将其结果与目前科学家使用的核磁共振（NMR）方法进行了比较。
• 实验结果： 两种方法的结果相符，并且“量子回声”甚至揭示了通常无法从核磁共振中获得的信息。
• 长期潜力： 从长远来看，一个全尺寸的量子计算机可用于从药物发现到新型电池组件开发的各个领域。

基于这项研究，谷歌相信，真正能在现实世界中发挥作用的量子计算应用，可能会在未来五年内到来。