谷歌利用 Willow 在量子计算领域取得里程碑式进展
谷歌最近宣布了其所谓的首个可验证的量子优势，这是量子技术领域的一项重大进展。该公司利用其创新的 Willow 量子处理器，推出了一种名为“量子回声”（Quantum Echoes）的突破性算法。据报道，这种复杂的算法比任何经典超级计算机的运行速度快 13, 000 倍，其结果不仅可重复，而且可以交叉验证。这一成就可能为化学、生物和材料科学等领域的变革性发展铺平道路。
分子分析的新方法
在这项开创性的实验中，谷歌与加州大学伯克利分校的研究人员合作，运用量子回声算法进行分子分析。他们重点研究了两种不同的分子——一种由 15 个原子组成，另一种由 28 个原子组成。值得注意的是，量子计算的结果与传统的核磁共振 (NMR) 结果高度一致。此外，量子回声算法还揭示了传统 NMR 技术通常无法发现的全新结构信息。
这种创新方法被称为“分子尺”，因为它可以测量标准科学工具无法测量的距离和结构特征。
量子回声如何运作
正如谷歌研究团队所指出的，量子回声算法在计算量子系统动力学方面达到了前所未有的精度。该技术涉及一个类似于在量子装置中“聆听回声”的过程。在此过程中，一个精心设计的信号通过量子比特网络传输，使研究人员能够扰动一个量子比特，同时逆转系统的演化以检测其返回的回声。通过建设性干涉放大该回声，可以深入了解扰动如何在芯片的105个量子比特阵列中传播。
基于先前研究的进步
谷歌的 Quantum Echoes 算法建立在先前建立的“随机电路采样”基准之上。后者展现了原始的计算复杂性，而 Quantum Echoes 则通过集成“可验证性”进一步提升了计算复杂性。这一关键特性使得结果能够在其他类似口径的量子计算机上重现——这是以往算法未能实现的重要里程碑。
Willow 的进化
这一里程碑式的成就也印证了谷歌Willow芯片的进步。该芯片于2024年底推出。Willow芯片在错误抑制方面取得了显著提升，解决了量子计算领域最持久的挑战之一。其设计有助于快速运行，同时保持超低错误率，这对于运行复杂且精度要求高的算法至关重要。
从概念验证到实际应用
2019年，谷歌的前代芯片Sycamore展示了所谓的“量子霸权”。然而，这主要是一个概念验证，专注于一个非常具体的任务，实际应用有限。相比之下，Willow旨在为现实世界的用例建立量子可验证性，从而有效地缩小理论与应用之间的差距。
克服对量子计算的怀疑
量子计算一直以来都面临质疑，质疑其能否产生与传统计算相当的可靠结果。谷歌团队最近展示了可验证的量子优势，这为验证量子计算机能否提供可重复且科学合理的结果扫清了一道重大障碍。
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