谷歌量子AI團(tuán)隊(duì)近日宣布，其研發(fā)的“Willow”量子芯片成功實(shí)現(xiàn)了硬件層面的可驗(yàn)證量子優(yōu)勢。這項(xiàng)突破性成果發(fā)表于《自然》雜志，標(biāo)志著量子計(jì)算領(lǐng)域邁向?qū)嵱没闹匾徊健Ｔ撔酒ㄟ^運(yùn)行“量子回聲”算法，在控制精度與運(yùn)算速度上達(dá)到全新高度，為構(gòu)建容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

量子計(jì)算的核心挑戰(zhàn)在于如何精準(zhǔn)操控量子比特而不破壞其量子態(tài)。谷歌量子處理器總監(jiān)陳宇（Yu Chen）與量子硬件首席科學(xué)家米歇爾·德沃雷（Michel Devoret，2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，通過創(chuàng)新硬件設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)，首次在維持高保真度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了量子系統(tǒng)的高速操控。這一突破解決了量子計(jì)算中控制與退相干的關(guān)鍵矛盾。

為驗(yàn)證芯片性能，團(tuán)隊(duì)執(zhí)行了復(fù)雜的“量子回聲算法”實(shí)驗(yàn)。該算法對(duì)系統(tǒng)級(jí)性能、量子門精度和測量速度提出極高要求。Willow芯片在105量子比特陣列中交出亮眼數(shù)據(jù)：單量子比特門保真度達(dá)99.97%，糾纏門保真度99.88%，讀出保真度99.5%，所有操作均在納秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成。這種高精度與高速度的結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)速度較經(jīng)典計(jì)算機(jī)提升13000倍，成為量子計(jì)算史上最復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)之一。

實(shí)驗(yàn)過程中，團(tuán)隊(duì)完成了萬億次測量，這一數(shù)據(jù)在所有量子計(jì)算機(jī)的歷史測量總量中占據(jù)顯著比例。陳宇透露，Willow芯片的獨(dú)特技術(shù)路線基于超導(dǎo)量子電路，在性能與可擴(kuò)展性間實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異平衡，是目前構(gòu)建容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的最具潛力平臺(tái)之一。

此次突破是谷歌量子AI路線圖的關(guān)鍵進(jìn)展。該路線圖規(guī)劃了六個(gè)里程碑，從超越經(jīng)典計(jì)算到構(gòu)建百萬物理量子比特的大型糾錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)。目前，谷歌已分別于2019年和2023年完成前兩個(gè)里程碑。隨著Willow芯片的發(fā)布，團(tuán)隊(duì)通過展示低于閾值的量子糾錯(cuò)能力，正穩(wěn)步邁向第三里程碑——構(gòu)建長壽命邏輯量子比特。

根據(jù)路線圖，第三里程碑需實(shí)現(xiàn)千量級(jí)物理量子比特，并將邏輯量子比特錯(cuò)誤率降至10??。后續(xù)里程碑將逐步擴(kuò)展至十萬、百萬量級(jí)物理量子比特，最終實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤率低至10?13的大型糾錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)。谷歌表示，盡管通往實(shí)用化量子計(jì)算機(jī)的道路仍充滿挑戰(zhàn)，但Willow芯片展現(xiàn)的量子比特控制能力為應(yīng)對(duì)未來難題提供了強(qiáng)大信心。

陳宇現(xiàn)任谷歌量子處理器總監(jiān)，本科畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)專業(yè)，后于明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校獲得凝聚態(tài)物理博士學(xué)位。2014年加入谷歌后，其學(xué)術(shù)成果被引用超過3.5萬次，在量子計(jì)算領(lǐng)域具有廣泛影響力。