谷歌“梧桐”量子芯片，超越最快超算震惊学界

量子计算机一项开创性的实验表明，在非常特定的领域能够超越我们最快的经典计算机。

谷歌量子人工智能研究人员发现了一种“稳定的计算复杂阶段”，这一阶段可以通过现有的量子处理单元（QPUs），也称为量子处理器来实现。

这意味着当量子计算机进入这个特定的“弱噪声阶段”时，它们可以进行计算复杂的计算，其性能超过了最快的超级计算机。这项由谷歌的量子计算研究员亚历克西斯·莫尔万领导的研究，于 10 月 9 日发表在《自然》杂志上。

“我们正专注于为量子计算机开发那些在经典计算机上无法实现的实际应用，”谷歌量子人工智能的代表在一封电子邮件中告诉《生活科学》。“这项研究在这个方向上是意义重大的一步。我们接下来的挑战在于展示一个具有现实世界影响力的‘超越经典’的应用。”

然而，由量子计算机生成的数据仍然有噪声，这意味着随着量子比特数量的增加，它们仍然需要进行相当密集的量子“纠错”，以使量子比特保持在“弱噪声阶段”。

量子比特，嵌入在量子处理单元（QPU）中，依靠量子力学的原理并行运行计算，而经典计算位只能按顺序处理数据。QPU 上的量子比特越多，机器的能力就越呈指数级增强。由于这些并行处理的能力，经典计算机需要数千年才能完成的计算，量子计算机可能在几秒钟内就能完成。

但量子比特是“有噪声的”，这意味着它们高度敏感，容易因干扰而发生故障；大约 每 100 个量子比特中就有 1 个会出现故障，而 每 10 亿亿个比特中才仅有 1 个会出现故障。例如环境干扰，比如温度变化、磁场，甚至来自太空的辐射。

这种高错误率意味着要实现“量子霸权”，您得需要极其熟练的纠错技术——目前还没有——或者拥有数百万个量子比特的量子计算机。扩展量子计算机并非易事，目前单机中量子比特数最多的约为 1000 个。

不过，谷歌科学家所进行的新实验显示，量子计算机能够抵御当前的噪声水平，并且在特定计算方面胜过经典计算机。然而，当机器规模增大时，可能仍需要纠错。

科学家们运用了一种被称作随机电路采样（RCS）的方法来检测超导量子比特二维网格的保真度，超导量子比特属于最常见的量子比特类型之一，它由悬浮在接近绝对零度温度下的超导金属制成。科学家们表示，RCS 是一种用于衡量量子计算机和经典超级计算机性能的基准，同时也是在量子计算机上最难施行的基准。

实验显示，工作量子比特能够通过触发特定条件在第一阶段与被称为‘弱噪声阶段’的第二阶段之间进行转换。

在实验过程中，科学家们人为地加大了噪声或者减缓了量子关联的传播速度。

在这第二个‘弱噪声阶段’，由于计算十分复杂，他们得出结论：量子计算机能够超越经典计算机。

他们在谷歌的 67 量子比特的‘梧桐’芯片上证实了这一结论。

“这是在通往实际应用或者超越经典商业应用的征程中的一个里程碑，”谷歌量子人工智能的代表说道。

那些应用在经典计算机上不应具有可复制性。

我们在这项研究中得出的结果是朝着这个方向迈出的重要一步。

如果您在 RCS 基准测试中不能获胜，那么在其他任何方面也都无法获胜。