Google量子晶片Willow有多快？5分鐘完成「超越宇宙年齡」運算

谷歌旗下的量子計算實驗室「Google Quantum AI」於12月9日宣布，最新的量子計算晶片Willow，在計算能力上取得了顯著突破。

谷歌旗下的量子計算實驗室「Google Quantum AI」於12月9日宣布，最新的量子計算晶片——Willow，在計算能力上取得了顯著突破。

Willow晶片在不到五分鐘內完成了傳統超級電腦需要10的25次方年（10 septillion years）才能完成的計算難題 ，這一數字遠超過宇宙的年齡，展現了量子計算的驚人潛力。這一突破相較於2019年Google的首次量子處理器宣布三分鐘內完成的計算進步顯著，當時的超級電腦需要10,000年。

該實驗室在文章中指出，如果10的25次方年要寫出來的話，就是：10,000,000,000,000,000,000,000,000年。

除了計算速度的提升，Willow還在「量子糾錯」（Quantum Error Correction，簡稱QEC）方面取得了重大進展。量子位（qubits）是量子計算中的基本單位，與傳統位元不同，量子位能同時處於多種狀態，但這也使它們容易受到環境影響，導致錯誤。

Google的研究人員發現，通過引入更多的量子位並對錯誤進行即時糾正，他們成功地大幅降低了錯誤率，並在最新的《Nature》期刊中發表了這一成果。這一成果被稱為「低於閾值」（below threshold）進展， 意味著在量子位數量增加的同時，錯誤率能夠指數級下降 ，這是量子錯誤糾正的一項重大突破，解決了自1995年彼得·肖爾（Peter Shor）提出量子錯誤糾正以來的關鍵挑戰。

Willow晶片在不到五分鐘內完成了傳統超級電腦需要10的25次方年（10 septillion years）才能完成的計算難題：

什麼是量子糾錯？

簡單來說，量子糾錯（QEC）是一種專門用來解決量子計算機運行過程中發生錯誤的方法。由於量子計算不同於傳統的計算，它利用的是「量子位元」（qubit）；舉例來說，普通的計算機使用的是「位元」（Bit），每個位元只能是0或1，而量子位元能同時處於多個狀態（這叫做「疊加」），這樣就能進行更多的運算。

為什麼需要量子糾錯？據Google指出，量子電腦是透過我們稱為量子演算法（一種精密的計算方式） 來操作量子位元，而困難點在於量子位元非常敏感，即使是雜散光也會導致運算錯誤。因此需要量子糾錯來降低錯誤率。

量子糾錯的基本概念，是將資訊分散在多個量子位元上，而不是集中在一個量子位元中。通過這樣的方式，即使其中一些量子位元受到干擾，其他的量子位元仍然能提供足夠的訊息來修正錯誤。

例如，假設有一組量子位元，它們可以一起代表一個計算結果。如果其中一個位元出現錯誤，其他的位元仍然能幫助判斷哪一個出現了問題，並修正它。這就像我們把一個數字寫成多個版本（或備份），如果其中一個版本出錯了，仍可以通過其他版本來找出正確的答案。

量子計算應用領域：AI數據收集、藥物開發、核融合

Google Quantum AI創始人Hartmut Neven表示，Willow擁有105個量子位，並且在量子計算領域中達到了最先進的性能。Google的下一步目標是，將量子計算技術運用在人工智慧的數據收集、藥物開發、電動車電池設計，以及加速核融合和新能源替代技術等領域，以發揮關鍵作用。

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