谷歌研发超强算力“量子芯片”，马斯克送上“Wow”
外表看起来，它就像一块黑巧克力，但这个“小身材”的薄片，蕴含的“大能量”不可小觑。
它就是谷歌公司于美国时间9日宣布研发的最新量子芯片“威洛”。按照谷歌的说法，“威洛”在量子计算领域实现两项突破。
第一，它可在使用更多量子比特的情况下，成倍减少错误，破解了约30年来的量子纠错挑战。
第二，它在不到5分钟时间，完成当今最快的超级计算机需要10尧（10的25次方）年才能完成的任务。
“威洛”为何如此神奇？这一最新科技成果又将对人类产生何种影响？
易“犯错”咋办？
字母表公司首席执行官孙达尔·皮柴发文官宣这项重磅进展后，特斯拉CEO马斯克立即评论“Wow”。两人还在社交媒体评论区热聊起来。
“威洛”带来哪些新的不同？回答这个问题，要先从量子计算说起。
有句网络流行语叫“遇事不决，量子力学”，调侃之余尽显量子力学的神秘。而以量子力学为核心理论基础的量子计算，对于普通人而言，同样显得非常“高冷”。
但事实上，量子计算在信息处理、人工智能、医疗研究等领域都有广泛应用前景，它正与我们的生活日益走近，逐渐交融。
要实现量子计算，量子计算机是必备工具。与普通计算机相比，两者可谓“各有分工”。
普通计算机主要满足大多数日常和商业计算任务需求。量子计算机的优势领域则包括量子模拟、密码学、机器学习等涉及复杂计算的问题和大规模数据处理。
有人说，如果普通计算机像一辆马车，那么量子计算机就好比一辆跑车，其“神算之术”主要依托不同的计算原理。
展开全文
众所周知，普通计算机基于经典物理学，采用二进制系统，以比特作为信息存储和处理的基本单位，每个比特只能表示0或1两种状态。
而量子计算机则遵循量子力学规律，使用量子比特作为基本信息存储和处理单位。量子比特以0和1的叠加态存在，并可使用量子纠缠和量子叠加等独特的量子效应进行信息处理，极大提高计算效率。
打个通俗的比方，就像一枚神奇的硬币，可以同时是正面和反面，这就是所谓的“叠加态”。量子计算的另一神奇概念叫做“纠缠”——好比一对能够相互作用的骰子，当你掷出其中一个时，另一个立即显示相同点数，无论它们相隔多远。
由此看来，量子计算机确实“厉害了”。然而，它在实现正常工作前，还要解决一个大问题。那就是必须纠正运行中产生的随机错误。
这个问题对于普通计算机来说，比较好办。它可以通过将一些信息复制到冗余的“纠错”比特中来实现。发生错误时，芯片可以在“纠错”比特的帮助下发现问题并修复。
但对于量子计算机而言，解决起来就有点复杂。
第一个原因是，量子比特的信息不能像普通计算机纠错机制那样简单地复制到冗余量子比特上。
第二个原因是，量子比特容易“犯错”，它可能受到次原子粒子这样极小“颗粒”影响。而且通常，芯片所含量子比特越多，出错概率越大。
因此，上世纪90年代以来，科学家们一直在研究量子纠错。但迄今为止尚不能大幅降低错误。
有何新突破？
介绍了上述背景，接着说说“威洛”到底有何新突破。
首先，“威洛”实现了随着量子比特数量的增加，错误率反而大幅下降的目标。
“威洛”拥有105个量子比特。谷歌在国际顶级期刊《自然》杂志上发表的结果显示，他们测试了从3
×3、5×5到7×7不同大小的量子比特网格，每次都能将错误率减半。
这被称为“低于阈值”，是自1995年彼得·秀尔提出量子纠错以来一直未能攻克的难题。
按照谷歌的说法，研究人员发现一种通过向系统中引入更多量子比特来减少错误的方法，并且能够实时纠正错误。这为研制“实用的大规模量子计算机铺平了道路”。
在性能方面，“威洛”表现也远胜超级计算机，令人惊叹。
它在不到5分钟的时间内完成了一项计算，而当今最快的超级计算机上需要10尧（10的25次方）年才能完成相同任务。10尧年的时间跨度已远远超过宇宙的年龄。
距离商用尚远
在应用前景方面，量子计算对于收集人工智能训练数据将是不可或缺的。它将有助于研发新药，为电动汽车设计更高效的电池，并加速核聚变和新能源替代的进展。它还将被用于解决物流问题，如飞机的货物配送或电信信号等。
在上述需要用到超强算力的领域，都有“威洛”的用武之地。
与此同时，业内人士表示，“威洛”目前主要是一个实验设备，这意味着要想制造出足够强大的量子计算机来解决广泛的现实问题，还需要数年时间和数十亿美元的投入。
谷歌的量子人工智能实验室负责人哈特穆特·内文表示，“威洛”将被用于一些实际应用，但目前拒绝提供更多细节。他表示，具备商业应用价值的量子芯片在2030年之前不可能问世。
英国萨里大学计算机专家艾伦·伍德沃德教授表示，这一进展“鼓舞了所有努力制造实用量子计算机的人”。但就研发具有实用性的通用量子计算机而言，“威洛”的运算错误率仍需要大幅降低。
美国国家量子计算中心主任迈克·卡斯伯特指出，“威洛”更像是一个“里程碑，而不是一个突破”。
（编辑邮箱：ylq@jfdaily.com）
评论