2024年12月9日，谷歌發(fā)布適用于量子計(jì)算機(jī)的芯片——willow（柳樹），以Willow芯片為基礎(chǔ)的谷歌量子計(jì)算機(jī)，僅用5分鐘就完成了一臺(tái)普通超級計(jì)算機(jī)要用10的25次方長的年數(shù)才能算完的一道測試題。簡單來說，我們的宇宙才存在了138億年，這個(gè)測試題需要普通超級計(jì)算機(jī)用比宇宙存在還長，千萬億年的時(shí)間才能算出答案，而量子計(jì)算機(jī)只需要5分鐘！

谷歌量子計(jì)算機(jī)

它是如何做到的？

普通電腦和我們手機(jī)里的芯片是用比特位來計(jì)算。一個(gè)比特位保存的信息有限, 因?yàn)樗淮沃荒芴幱趦煞N狀態(tài)之一——0或1。而量子計(jì)算機(jī)中的芯片使用量子比特 (qubit)、或者可以說是“量子位” 來進(jìn)行計(jì)算。這些量子位可以同時(shí)存在于多種狀態(tài) ，它們一起使用可以成倍地提高計(jì)算能力。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)將信息保存在 64 位組中，稱為“字” (word)。?這些位組中的每一個(gè)都通過邏輯門 (logic gate) 來進(jìn)行邏輯運(yùn)算，例如?AND(合門)、OR(或門)、和 NOT(非門)。計(jì)算機(jī)芯片的物理構(gòu)架其實(shí)就是無數(shù)的這樣的邏輯門。而量子門是根據(jù)矩陣乘法來搭建的。如果將一個(gè)量子比特( 2維向量) 乘以一個(gè) 2×2 矩陣，則會(huì)得到另一個(gè)量子比特 (2位向量）。例如，量子非門看起來像下面的 2×2 矩陣。

在普通計(jì)算機(jī)中，64 位中的每一個(gè)都不知道其它 64 位的值。而在量子計(jì)算機(jī)中，64個(gè)量子比特中的每一個(gè)都可以通過“量子糾纏”相互“交談”。運(yùn)行量子電路意味著你插入一個(gè)量子向量，讓它經(jīng)歷一系列矩陣乘法，然后折疊輸出。最終的向量將是正確的答案。從技術(shù)上講，量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)給出錯(cuò)誤的答案，但如果你多次運(yùn)行計(jì)算，那么平均而言你會(huì)得到正確的答案。所以從根本上來說，量子計(jì)算就是“破解后實(shí)數(shù)矩陣乘法”。

用量子門來代表量子比特做計(jì)算非常強(qiáng)大，但也極其脆弱，因?yàn)榱孔颖忍財(cái)?shù)量越多，計(jì)算錯(cuò)誤出現(xiàn)的可能性就越大。這是量子計(jì)算 30 年來面臨的巨大障礙。谷歌 Willow 的特別之處在于它處理量子比特的方式，能讓添加更多量子比特，實(shí)際能減少錯(cuò)誤，而不是產(chǎn)生錯(cuò)誤。秘訣就是將量子比特組織成稱為“邏輯量子比特”的網(wǎng)格配置, 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)糾錯(cuò)。這是一項(xiàng)歷史性的發(fā)明突破和成就。

除此之外，亞馬遜旗下云計(jì)算平臺(tái)AWS亦于近期公布Quantum Embark（量子啟航）咨詢項(xiàng)目計(jì)劃，旨在幫助客戶了解用例、確定需要關(guān)注的相關(guān)量子技術(shù)，并最終就未來資源和長期量子路線圖做出決策，為量子計(jì)算時(shí)代做好準(zhǔn)備。

量子計(jì)算時(shí)代改變未來，可以期待一下子。

崔歡歡