界面新聞?dòng)浾?| 李彪

界面新聞編輯 | 宋佳楠

谷歌于12月10日發(fā)布的最新量子計(jì)算芯片Willow，在業(yè)界引發(fā)了不小的轟動(dòng)。

這款新芯片之所以備受關(guān)注，主要是因?yàn)槠涫状悟?yàn)證了困擾量子計(jì)算近30年的“量子糾錯(cuò)”理論的可行性——量子比特?cái)?shù)量（量子計(jì)算的基本單位）增加的同時(shí)，錯(cuò)誤率還可以大幅下降。

上述消息曝出后，谷歌股價(jià)逆勢(shì)大漲5.6%，達(dá)7月以來(lái)新高，逼近其歷史最高點(diǎn)190.71美元，最新市值達(dá)到2.27萬(wàn)億美元。

不僅如此，Willow還獲得了多位科技公司領(lǐng)軍人物的點(diǎn)贊。特斯拉CEO馬斯克在社交媒體上以“Wow”對(duì)谷歌CEO桑達(dá)爾·皮查伊的相關(guān)推文表示贊嘆，OpenAI的CEO山姆·奧特曼也轉(zhuǎn)發(fā)了皮查伊的帖文，并表示“熱烈祝賀”。

自從20世紀(jì)80年代量子計(jì)算誕生以來(lái)，如何解決量子計(jì)算的錯(cuò)誤率問(wèn)題就成為限制行業(yè)發(fā)展的一大難題。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，受外界干擾產(chǎn)生的錯(cuò)誤也會(huì)越多，錯(cuò)誤率會(huì)隨之上升，使得大規(guī)模的穩(wěn)定計(jì)算變得極為困難。

1995年，量子計(jì)算先驅(qū)彼得·肖爾（Peter Shor）首次提出了量子糾錯(cuò)的理論假設(shè)。該假設(shè)提出了“容錯(cuò)計(jì)算”的設(shè)計(jì)理念：即使用多個(gè)物理量子比特來(lái)編碼一個(gè)邏輯量子比特來(lái)進(jìn)行計(jì)算。與物理量子比特容易被外界噪聲干擾產(chǎn)生的錯(cuò)誤相比，邏輯量子比特是一種基于理論提出的理想設(shè)計(jì)模型，現(xiàn)實(shí)中并不存在，抗干擾能力更強(qiáng)，且具備糾錯(cuò)能力?；诖朔N假設(shè)，新設(shè)計(jì)方案還會(huì)將過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤收集起來(lái)，通過(guò)特定編碼手段來(lái)糾正錯(cuò)誤，以控制錯(cuò)誤率。

但自該理論提出近30年以來(lái)，業(yè)界相關(guān)研究一直無(wú)法驗(yàn)證量子糾錯(cuò)的可行性。美國(guó)的國(guó)家研究機(jī)構(gòu)、哈佛、麻省理工等高校及IBM、英特爾、谷歌，中國(guó)國(guó)內(nèi)的科研院所、高校及百度、阿里等公司都在量子計(jì)算研究上投入資源，但基于相關(guān)研究設(shè)計(jì)出來(lái)的錯(cuò)誤率（邏輯誤碼率，即邏輯量子比特的錯(cuò)誤率）始終高于實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)能力的最低門檻。

而這次谷歌Willow量子芯片的重大突破在于，首次將錯(cuò)誤率降至量子糾錯(cuò)的關(guān)鍵閾值以下。根據(jù)谷歌研究團(tuán)隊(duì)在《Nature》發(fā)表的論文介紹，Willow量子芯片已經(jīng)可以做到在擴(kuò)大量子比特規(guī)模同時(shí)將錯(cuò)誤率減半（從3x3編碼量子位元單元格擴(kuò)展到5x5，再到7x7，每次都能通過(guò)量子糾錯(cuò)使得錯(cuò)誤率減半），科學(xué)界也普遍認(rèn)可這一表現(xiàn)首次突破了“量子糾錯(cuò)”的門檻。

同時(shí)，這款量子芯片的計(jì)算速度也十分驚人。按照谷歌官方介紹，Willow能夠在不到5分鐘內(nèi)完成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)計(jì)算，而目前全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)完成同樣的任務(wù)需要約10的25次方年，這一時(shí)間已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)宇宙的年齡。

谷歌CEO皮查伊表示，Willow是構(gòu)建實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的重要一步，

國(guó)內(nèi)某量子計(jì)算研究所的一位科研人員告訴界面新聞?dòng)浾?，量子糾錯(cuò)是困擾量子計(jì)算領(lǐng)域多年的難題，谷歌這次從零到一的突破對(duì)于現(xiàn)階段的理論研究方向具有重大意義。

谷歌提出，未來(lái)希望通過(guò)Willow推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)在藥物發(fā)現(xiàn)、核聚變能源等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。一位長(zhǎng)期關(guān)注量子計(jì)算領(lǐng)域的行業(yè)人士則表示，由于量子計(jì)算目前尚屬于規(guī)模較小的前沿探索研究，谷歌Willow量子芯片依然局限于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這次重大意義主要在于突破理論難題，距離落地應(yīng)用尚遠(yuǎn)，且大規(guī)模商用的制造成本、空間和資源、能耗和生產(chǎn)良率，都是未來(lái)需要解決的現(xiàn)實(shí)難題。

但他也表示，前沿科技的理論研究突破往往會(huì)吸引更多投資到特定領(lǐng)域。量子計(jì)算如今已是中國(guó)、美國(guó)、歐洲等地重點(diǎn)關(guān)注的國(guó)家戰(zhàn)略方向，美國(guó)此前針對(duì)中國(guó)大陸的尖端科技出口禁令也特別將量子計(jì)算納入管制范疇。隨著國(guó)家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)加劇、投資增多，量子計(jì)算領(lǐng)域會(huì)有更多新的突破成就。