发布日期：2024-12-30 08:10 点击次数：134
【文/不雅察者网专栏作家 潘禺】
12月10日，重磅推出量子计算芯片“Willow”，在公关宣传攻势下，马斯克奉上了“Wow”，奥特曼也发来了贺电。
Willow是一款领有105个物理量子比特的量子芯片，亮点在于其惊东说念主的计算速率和过失修订智力。据报说念，Willow能在不到5分钟的时辰内完成一个顺次计算任务，而这个任务如若交给全球最快的超等计算机，可能需要突出10-25年，这个数字致使突出了天地的年事。
Willow的另一个成便是其指数级减少过失率的智力。跟着量子比特数目的增多，过失率持续会指数增长，但Willow通过先进的量子纠错本事，终披露过失率的指数级裁减。每当晶格从3x3增多到5x5，再到7x7时，编码过失率就会以2.14的倍率裁减。这种对逻辑过失的潜在扼制为运行有纠错的大规模量子算法奠定了基础。
Google Quantum AI团队的使命环境
泰斗大师的反应
量子计算的教主和旗头，好意思国计算机科学家Scott Joel Aaronson在他的博客也作念了一些点评，尽管举座上比较积极乐不雅，但话里话外如故有一些玄机。
比如，Aaronson要读者明确，突出大体上稳妥大批东说念主的预期：
关于往日五年一直在关注实验量子计算的东说念主来说（比如说，从2019年谷歌的原始量子霸权里程碑运转），这里莫得什么绝顶的惊怖。自2019年以来，谷歌在其芯片上的量子比特数目大要翻了一番，更重要的是，将量子比特的干系时辰提高了5倍。与此同期，他们的2量子比特门保真度现时大要是99.7%（关于受控-Z门）或99.85%（关于“iswap”门），比拟之下2019年是~99.5%。
他谈到最重要的是量子容错跨过了门槛，但离“真实的”容错量子比特还有距离：
从科学上讲，头条纵脱是，跟着他们增多名义码的大小，从3×3到5×5到7×7，谷歌发现他们的编码逻辑量子比特存活时辰变长而不是变短。是以，这是一个绝顶重要的门槛，现时照旧被跨越了。正如Dave Bacon对我说的，“现时酿成了旋涡”——或者，换个比方，30年后，咱们终于运转触及量子容错的龙尾，这条龙（一朝完满叫醒）将允许逻辑量子比特被保存和操作简直肆意长的时辰，允许可膨胀的量子计算。 话虽如斯，Sergio Boixo告诉我，谷歌只消在大致以~10^-6的过失进行容错的两量子比特门（因此，在碰到一个过失之前，大要不错进行一百万次容错操作）时，才会认为我方创造了一个“真实的”容错量子比特。咱们还离这个里程碑有一段距离：毕竟，在这个实验中，谷歌只创建了一个编码量子比特，致使莫得尝试在其上进行编码操作，更不必说在多个编码量子比特上了。
Aaronson也谈到了谷歌此次秒杀超算10^25年的“量子霸权实验”：
谷歌还晓谕了在其105量子比特芯片上进行新的量子霸权实验，基于40层门的飞速电路采样。值得提防的是，他们说，如若你使用现时已知的最好模拟算法（基于Johnnie Gray的优化张量收罗大意），以及一台百亿亿次超等计算机，他们的新实验如若不议论内存问题，需要大要3亿年智力在经典计算机上模拟，或者如若议论内存问题，需要大要10^25年（提防，满足爆炸以来只往日了大要10^10年）。
他指出这里“10^25年”纵脱的最大问题，也便是谷歌量子芯片的计算纵脱莫得平直的考证。他惦记谷歌莫得给以填塞的关注：
由于雷同的原因（据民众所知），经典计算机模拟这一量子计算将破费约10^25年，因此经典计算机平直考证量子计算纵脱也需要约10^25年！（举例，通过计算输出的“线性交叉熵”得分）。因此，谷歌的新量子霸权实验的系数考证都是盘曲的，基于较小电路的外推，而这些电路是经典计算机不错骨子查抄纵脱的。需要明确的是，我个东说念主莫得原理怀疑这些外推纵脱。但是，关于那些奇怪为什么我多年来一直千里醉于想象高效考证的近期量子霸权实验的原因：这便是原因！咱们现时深陷于我之前劝诫过的不能考证的领域。
以色列数学家和计算机科学家，量子计算怀疑论者Gil Kalai则在博客上写说念：
咱们还莫得参议Google Quantum AI的这些特定声明，但我的一般论断适用于它们：应严慎对待 Google Quantum AI 的声明（包括已发布的声明），尤其是那些具有非常性质的声明。这些说法可动力于要紧的门径论过失，因此，可能更多地反应了参议东说念主员的祈望，而不是客不雅的科学试验。
Gil Kalai还在这篇博文中谈到了量子计算炒作和比特币的问题：
当2019年谷歌的量子霸权主见发布（或者更确切地说是流露）时，有许多说法认为这意味着量子计算机就在隔邻，因此比特币所需的密码学将是可破解的，比特币将失去其价值。 我持续不珍重“炒作”，因为它反应了科学家对他们使命的慈祥和公众对科学起劲的欣喜。可是，就谷歌而言，需要审慎行事。举例，在2019年晓谕“霸权”之后，比特币的价值在短短几天内（2019年10月24日傍边，经过一段时辰的踏实）从大要9,500好意思元跌至约8,500好意思元，给投资者带来了突出100亿好意思元的亏本。比特币今天的价值约为100,000好意思元。此外，谷歌的断言可能对其它量子计算使命提倡了不切骨子的挑战，并饱读动了不受接待的科学门径的文化。
跨越量子纠错的门槛
正如Aaronson所说，此次值得称说念的，不是无法平直考证的“量子霸权”实验，而是量子容错跨过了门槛。
关于实用的量子计算机的主要勤快，和对其中炒作的再行扫视，心智不雅察所此前在《好意思国运转再行扫视量子计算机，这对中国很重要》一文中照旧作念了详确先容。
此次Google Quantum AI团队在《天然》杂志上发表的论文，其重要效劳是跨过了量子纠错的阈值，这又是何如回事呢？
构建量子计算机的参议东说念主员濒临的中心挑战，是怎样用不无缺的部件构建出无缺的机器。他们的基本构建块，也便是量子比特，对外界干与极其敏锐。今天的原型量子计算机过于容易出错，无法作念任何灵验的事情。
上世纪90年代，参议东说念主员为克服这些过失奠定了表面基础，称为量子纠错。重要想想是诱使一组物理量子比特协同使命，动作一个单一的高质地“逻辑量子比特”。然后计算机将使用许多这么的逻辑量子比特进行计算。他们通过将许多有颓势的组件调动为较少的可靠组件来制造那台无缺的机器。
这种计算的真金不怕火金术也有局限，如若物理量子比特太容易失败，纠错反而会欲盖弥彰。也便是增多更多的物理量子比特会使逻辑量子比特变得更糟，而不是更好。但如若过失率低于特定阈值，均衡就会歪斜：你增多的物理量子比特越多，每个逻辑量子比特就变得越有弹性。
此次谷歌团队终于跨越了这个阈值。他们将一组物理量子比特调动为一个逻辑量子比特，跟着他们向该组添加更多的物理量子比特，逻辑量子比特的过失率急剧着落。
议论一台经典计算机，信息暗示为一串比特，0或1。任何飞速的故障，如若翻转了比特的值，AG百家乐是真实的吗都会导致过失。为了细心过失，不错将信息散播到多个比特上，每个0重写为000，每个1重写为111。如若一组中的三个比特不是一王人具有换取的值，你就会知说念发生了过失，大批投票将设立过失的比特。但如若三元组中的两个比特同期出错，大批投票将复返过失的谜底。
如若增多每个组中的比特数目，比如五比特，诚然这种更大的代码不错处理更多的过失，你也引入了更多可能出错的方式。只消当每个单独比特的过失率低于特定阈值时，净效应才是故意的，比如五比特版块不错容忍每个组中的两个过失。
在量子宇宙中，情况愈加辣手。量子计算中的每一步都是另一个过失源，纠错经由本人亦然如斯。更重要的是，莫得办法在不不能逆地干与它的情况下测量量子比特的现象。是以，开端许多参议东说念主员认为量子纠错是不能能的。
1995年，俄罗斯物理学家阿列克谢·基塔耶夫听到了量子计算的要紧表面龙套的阐明。前一年，好意思国愚弄数学家彼得·肖尔想象了一个量子算法，不错将大数领会成它们的质因数。基塔耶夫无法获取肖尔论文的副本，是以他从新运转我方想象了一个版块——纵脱比肖尔的更通用。普雷斯基尔对这个纵脱感到欣喜，并邀请基塔耶夫看望他在加州理工学院的团队。
俄罗斯物理学家阿列克谢·基塔耶夫
基塔耶夫初次提倡了一个有但愿的表面门径，称为量子纠错的名义码。
1997年春天的倏得看望效劳超卓。基塔耶夫告诉普雷斯基尔他一直在追求的两个新想法：一种“拓扑”量子计算门径，根底不需要主动纠错，以及基于肖似数学的量子纠错码。开端，他不认为阿谁代码对量子计算灵验。普雷斯基尔愈加乐不雅，并劝服基塔耶夫，他当先想法的隐微变化值得追求。
这个变化便是名义码，基于两个叠加的物理量子比特网格。第一个网格中的是“数据”量子比特，这些共同编码一个单一的逻辑量子比特。第二个网格中的是“测量”量子比特，这些允许参议东说念主员盘曲地寻找过失，而不会干与计算。
名义码有许多上风。其过失查抄决策比竞争的量子码肤浅得多。它还只触及相邻量子比特之间的相互作用。2006年，两位参议东说念主员展示了优化版块的代码过失阈值约为1%，是早期量子码阈值的100倍，也便是对过失率宽宏了100倍。
诚然通过填塞隐秘的工程妙技，科学家瞻望最终大致将物理量子比特的过失率裁减到0.1%，远低于名义码的阈值，但建造一台全尺寸量子计算机并障碍易。鄙俗臆想标明，骨子愚弄肖尔的因数领会算法需要数万亿次操作。任何一个未修订的过失都会阻难系数这个词计算。因此，需要将每个逻辑量子比特的过失率裁减到远低于一万亿分之一。每个逻辑量子比特可能需要数千个物理量子比特。如斯浩瀚的物理量子比特需求就太吓东说念主了。
谷歌团队破费了多年时辰立异他们的量子比特想象和制造经由，他们选拔超导量子比特，这是由超导金属在硅芯片上制成的轻微电路，一个单独的芯片不错容纳许多罗列成网格的量子比特，这恰是名义码所条目的布局。
构建单个物理量子比特，其过失率低于名义码阈值，这并不难，重要是望望这些量子比特是否大致协同使命，制造出一个比部分之和更好的逻辑量子比特。也便是膨胀代码时，通过使用更大的物理量子比特网格区域来编码逻辑量子比特，过失率会裁减。
从可能的最小名义码运转，这叫“距离3”码，使用3乘3的物理量子比特网格来编码一个逻辑量子比特（另外还有八个量子比特用于测量，统统17个）。进取升级是距离5的名义码，统统有49个量子比特。（只消奇数的码距离才灵验。）
在2023年的一篇论文中，团队阐明说，距离5码的过失率比距离3码略低。在2024年头，他们有了一块全新的72量子比特芯片，代号为Willow，进行测试。进一步的实验标明，距离5码的过失率不是比距离3码略低，而是裁减了50%，代码距离的一步提高将逻辑量子比特的过失率减半。
但是距离7码需要97个量子比特，突出了他们芯片上的总额。直到本年八月，一批新的105量子比特Willow芯片问世。团队进一步发现，从距离5码到距离7码再次将逻辑量子比特的过失率减半。
前路漫漫，“伏击性绝顶强”
这个纵脱天然令量子计算参议东说念主员欣喜不已。与此同期，参议东说念主员意志到他们还有很长的路要走。谷歌团队现时只展示了使用单个逻辑量子比特的过失修订。在多个逻辑量子比特之间添加交互将带来新的实验挑战。
还有膨胀的问题。为了使过失率填塞低以进行灵验的量子计算，参议东说念主员需要进一步提高他们的物理量子比特。他们还需要制造出比距离7码更大的逻辑量子比特。终末，他们需要将这些逻辑量子比特组合起来——突出100万个物理量子比特。
天然，量子计算仍处于起步阶段，也许还会有替代的本事出现。
Aaronson在博客里的一条留言回话中说得好（此君元气心灵繁荣，带好几个博士生，还带着他的几个孩子，每天动笔千行，这篇最新的博文还和读者聊起了叙利亚方位）：
如若有东说念主认为咱们行将获取个东说念主QC（注：量子计算机），这将加速咱们所作念的一切，则需要告诉他们“QC 期间”还莫得到来（事实上，可能长期不会到来）。另一方面，如若有东说念主认为QC完满是骗局或歪曲，况且量子纠错在试验宇宙中长期行欠亨，那么他们需要被见告“QC 期间”照旧到来。
谷歌的效劳也激励了中国国内的同业。
中关村量子科技孵化器总司理、量子产业平台“光子盒”首创东说念顾客成建告诉心智不雅察所：
往日一两年国表里都在“卷”量子比特数，如若不责罚纠错均衡点问题，比特数越多表面上运算纵脱过失越多。谷歌此次初次龙套量子纠错阈值，Willow大致以指数级减少过失！这责罚了量子纠错领域近30年来一直追求的一个重要挑战。这层窗户纸的捅破，为民众对量子计算的研发进度大大提高了信心，畴昔的想象空间很大很乐不雅，诚然其展示的飞速电路采样（RCS）基准计算问题仍然不是一个有骨子道理的问题，但畴昔在密码破解和物理宇宙模拟表征上，如医药、新材料研发，乐不雅臆想可能三五年内就会有骨子愚弄出来，照旧不远了。 国内产业界对谷歌的反应是广泛感到“伏击性绝顶强”，也以为谷歌带来了办法感和信心，讲明这条路是走得下去的。具体到国内，此前百度、阿里撤出量子计算参议，一度激发关注，不外国内的主要参议力量如故在体制内，以国度实验室牵头，北京量子院、深圳量子院在东说念主力和插足上都在踏实提高，势头精采，外传国外也有好几个团队计算归国来作念。如若和经典计算机产业史比较，谷歌此次龙套，不错类比1947年东说念主类晶体管的发明，取代真空管的历史性时刻，畴昔的3-5年内，咱们将束缚见证量子计算的爆炸性时刻。
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