Willow完成了一项基准计算任务，证明了随着量子计算机量子比特数量的增加，误差将呈指数级下降。

谷歌刚刚推出了其最新的量子芯片“Willow”，这家科技巨头声称，它可以在5分钟内完成世界上最快的超级计算机需要10^25年的计算。作为参考，宇宙甚至还不到140亿年的历史 —— 只是这个时间尺度的一小部分。

量子计算机的计算方式与传统超级计算机截然不同。该团队的研究发表在今天的《自然》杂志上，概述了Willow处理器中的错误抑制和系统的最高性能，该团队写道，“如果扩展，可以实现大规模容错量子算法的操作要求。”

量子设备是出了名的挑剔；为了完成这些非凡的计算，它们必须保持在量子态，这通常意味着在接近绝对零度的实验室环境中。在如此严寒的气候下，该系统变得超导，使该设备能够执行超出经典物理极限的操作。

突出的问题 —— 或者目标，取决于你的框架 ——是量子计算机仍然无法解决经典计算机职权范围之外的问题。这才是量子计算领域的真正目标：一种具有实际商业应用的设备，超出了尖端经典计算机上的意义，甚至是可能的。

与传统计算机中表示“0”或“1”值的信息位不同，量子比特（或量子位）可以同时表示“0”和“1”。通过这种方式，计算机可以比传统设备更快地处理数字。然而，如果量子系统中出现太多错误，操作就会崩溃。

Willow的一个重要意义在于，它使用的量子比特越多，系统的错误就越少。错误可能导致量子运算崩溃，但错误不会随着计算机的大小而增加，而是会减少。

在随公告发布的新闻稿中，谷歌量子人工智能的创始人兼负责人哈特穆特·内文（Hartmut Neven）写道：“我们测试了越来越大的物理量子位阵列，从3×3编码量子位的网格扩展到5×5的网格，再到7×7的网格 —— 每次使用我们在量子纠错方面的最新进展，我们都能将错误率减半。”

“换句话说，”内文写道，“我们实现了错误率的指数级降低。”

这种误差减少被称为“低于阈值”，是寻求构建误差更少的未来量子计算机的分水岭。根据谷歌发布的消息，Willow系统在实时纠错方面也显示出了实质性的进步 —— 也就是说，计算机在处理问题时可以减轻出现的错误。此外，量子比特阵列比系统中的单个物理量子比特寿命更长，这表明纠错正在提高整个量子芯片的弹性。

Willow在随机电路采样（RCS）基准上的表现将使Frontier超级计算机 —— 直到上个月世界上最快的经典超级计算机 —— 运行10^25年，比宇宙的寿命长得多。为了将这一进展转化为规模：2019年，谷歌的Sycamore量子计算机只用了200秒就解决了一个超级计算机需要大约1万年才能解决的问题，这是一个里程碑，让谷歌宣布了量子霸权。

7月，量子计算公司Quantinuum宣布了一个56量子比特的系统，该系统在2019年测试的一个基准测试中表现优于Sycamore处理器，该基准被称为线性交叉熵基准。现在，谷歌已经划出了一条新的底线。该团队使用了RCS基准测试，该基准测试了量子计算机在计算中击败经典计算机的能力。随机电路采样没有有用的应用，但随着科学家们追求超越经典用例的商业化，它是量子计算机的一个基本障碍。

加州理工学院量子信息与物质研究所所长约翰·普雷斯基尔（John Preskill）在随新闻发布的谷歌视频中说：“即使大街上的人不在乎，这仍然可能非常有趣。我认为量子硬件现在已经达到了可以推进科学发展的阶段。我们可以在以前从未接触过的制度下研究非常复杂的量子系统。”

“量子算法有基本的缩放定律，就像我们在RCS中看到的那样，”哈特穆特·内文说。“对于人工智能至关重要的许多基础计算任务，也有类似的扩展优势。因此，在收集经典机器无法获得的训练数据、训练和优化某些学习架构以及对量子效应很重要的系统建模方面，量子计算将是不可或缺的。”

谷歌团队现在正在接近其六步量子路线图的第三个里程碑，以实现纠错量子计算机。哈特穆特·内文认为，商业应用可能需要三到五年的时间，而不是几十年。就像量子位的实际价值一样，我们无法确定 —— 但Willow的结果表明，真正的进展正在取得。

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