谷歌今天聲稱，其 Willow 量子芯片通過在最快的經(jīng)典超級計算機上成功運行比經(jīng)典算法快 13,000 倍的量子算法，實現(xiàn)了比經(jīng)典超級計算機的量子優(yōu)勢。如果成功，這將是量子計算機首次獲得量子優(yōu)勢。

谷歌在《自然》雜志上發(fā)表了其證明，該公司表示，其實驗表明，無序時間相關(guān)器 （OTOC） 算法（稱為量子回波）在 Willow 上的運行速度比世界上最快的超級計算機之一上最好的經(jīng)典算法快 13,000 倍。

“這是歷史上第一次有量子計算機成功運行超越超級計算機能力的可驗證算法，”谷歌量子人工智能創(chuàng)始人兼負責人哈特穆特·內(nèi)文和谷歌量子測路總監(jiān)瓦迪姆·斯梅揚斯基在今天的一篇博文中寫道。

“量子可驗證性意味著結(jié)果可以在我們的量子計算機或任何其他相同口徑的量子計算機上重復(fù)，以獲得相同的答案，從而確認結(jié)果，”他們繼續(xù)說道。“這種可重復(fù)的、超越經(jīng)典的計算是可擴展驗證的基礎(chǔ)，使量子計算機更接近成為實際應(yīng)用的工具。”

Google Willow是谷歌于2024年12月推出的一款超導(dǎo)量子芯片。該芯片使用 105 個超導(dǎo) transmon 量子比特來執(zhí)行量子計算。當谷歌推出這款芯片時，它聲稱 Willow 在五分鐘內(nèi)完成了一項糾錯任務(wù)，而世界上最快的超級計算機將花費 10 個七分之一年的時間。

研究人員和從業(yè)者都在關(guān)注量子計算機的發(fā)展中有兩個里程碑。第一種被稱為量子優(yōu)勢，即量子計算機比任何經(jīng)典計算機更快或更準確地解決實際問題。行業(yè)觀察家的最佳估計認為，我們可能還需要幾年時間才能實現(xiàn)量子優(yōu)勢，但在谷歌宣布這一消息后，他們可能需要重新評估他們的假設(shè)。

第二個里程碑，量子霸權(quán)，可以說更重要，因為它標志著量子計算機證明它可以在合理的時間內(nèi)解決經(jīng)典計算機無法解決的問題。行業(yè)觀察家指出，我們距離實現(xiàn)量子霸主地位還有很長時間。

量子回波實驗就像一個高度先進的回聲。“我們將精心制作的信號發(fā)送到我們的量子系統(tǒng)（Willow 芯片上的量子比特），擾動一個量子比特，然后精確地逆轉(zhuǎn)信號的演變以監(jiān)聽返回的'回聲'，”Neven 和 Smelyanskiy 寫道。“這種量子回波很特別，因為它被相長干涉放大——量子波加起來變得更強的現(xiàn)象。這使得我們的測量非常靈敏。

谷歌在《自然》雜志上發(fā)表了一篇題為“量子遍歷性邊緣相長干涉的觀察”的文章中發(fā)表了其對量子回波和柳樹的研究。該公司計劃在今天晚些時候在 arXiv 上發(fā)布第二篇論文的預(yù)印本，題為“通過多體核自旋回波對分子幾何的量子計算”。

第二篇論文描述了它與加州大學伯克利分校合作進行的原理驗證實驗。這些小組在 Willow 上運行量子回波算法來研究兩個分子，一個有 15 個原子，另一個有 28 個原子。

“我們量子計算機上的結(jié)果與傳統(tǒng)核磁共振的結(jié)果相匹配，并揭示了通常無法從 NMR 獲得的信息，這是對我們方法的關(guān)鍵驗證，”Neven 和 Smelyanskiy 寫道。

作者寫道，QC 增強核磁共振可以通過幫助確定潛在藥物如何與其靶標結(jié)合，或在材料科學中表征新材料（例如聚合物、電池組件甚至其他量子位）的分子結(jié)構(gòu)，從而成為藥物發(fā)現(xiàn)的有力工具。

“我們的量子回波算法首次展示了有史以來第一個可驗證的量子優(yōu)勢，標志著朝著量子計算的首次實際應(yīng)用邁出了重要一步，”Neven 和 Smelyanskiy 寫道。“隨著我們向全尺寸、糾錯的量子計算機擴展，我們預(yù)計會發(fā)明更多此類有用的實際應(yīng)用。現(xiàn)在，我們專注于實現(xiàn)量子硬件路線圖上的里程碑 3，即長壽命的邏輯量子比特。