今天小編分享的科學經驗：谷歌量子芯片引爆熱議：5分鍾算完10²年任務，Nature加急發表，還證實了多元宇宙？？？，歡迎閲讀。
全球科技圈都在為 Sora 瘋狂，馬斯克卻輕輕給谷歌點了個贊（doge）。
就在 OpenAI" 雙 12" 第三天，谷歌在前沿科技的另一極出手了：
發布最新量子芯片，5 分鍾内完成當今最快超級計算機之一需要10 ² ⁵年才能完成的計算！
怎麼説 1025 這事兒呢，就是……
10000000000000000000000000，10 億億億年。
這一成果由谷歌 CEO 皮猜本人親自在官宣，并已在 Nature 上加急發表。
連剛下直播的奧特曼和 OpenAI 總裁 Brockman，也現身道賀：
據 Nature 消息，我國量子領網域大拿陸朝陽也對此評價稱：
這項工作展現了真正非凡的技術突破。
新芯片名為Willow，擁有 105 個量子比特，在量子糾錯和随機電路采樣兩個基準測試中，都達到了 SOTA，實現兩項重大成就：
随着量子比特的增加，Willow 可以實現指數級的錯誤率降低——這是量子糾錯領網域 30 年來一直試圖解決的關鍵挑戰。
Willow 在 5 分鍾内，完成當今最快超級計算機之一需要 1025 年才能完成的計算，數字遠超宇宙年齡。
官方公告中，甚至還由此開啓了對平行宇宙學説的新讨論……
它證實了 David Deutsch 做出的預測：量子計算發生在許多平行宇宙中，這與我們生活在多元宇宙中的觀點是一致的。
來看具體細節。
5 分鍾完成 1025 年計算
錯誤是量子計算面臨的最大的挑戰之一。
簡單來説，量子比特利用疊加态來進行計算，對環境擾動極其敏感，這就意味着它們很難保護完成計算所需的信息。
并且通常，量子比特越多，發生的錯誤就越多。這會使得系統越來越 " 經典 "，即不再具備量子系統的特性。
因此，控制錯誤率，讓錯誤率低于某個阈值，是量子計算大規模應用的一個非常重要的前提。而現在，谷歌的 Willow 實現了錯誤率的指數級降低——
首次達成 " 低于阈值 " 的裏程碑成就。
Google Quantum AI 的創始人 & 負責人 Hartmut Neven 對此進一步解釋説：
作為第一個低于阈值的系統，這是迄今為止最令人信服的可擴展邏輯量子比特原型。
這項成果表明，有用的、規模非常大的量子計算機真的可以造出來。
Willow 讓我們更接近用量子計算機運行實用的、與商業相關的算法，并且這些算法是無法用經典計算機解決的。
具體來説，谷歌在兩個超導量子處理器上實現了低于阈值的表面碼量子存儲器：
72 量子比特處理器，表面碼碼距為 5；
105 量子比特處理器，表面碼碼距為 7。
表面碼是指一種基于二維陣列結構的量子糾錯編碼方案。
一方面，Willow 的量子比特數達到105，相較之下，谷歌此前達成量子優越性成就的 " 懸鈴木 " 僅包含 53 個量子比特。
另一方面，更重要的是，随着他們将表面碼從碼距 3 擴展到碼距 5、7 時，通過增加物理量子比特，谷歌實現了邏輯量子比特錯誤率的指數級下降。
同時，研究人員提到，Willow 中邏輯量子比特的壽命比組成它們的量子比特壽命要長得多，能達到 2.4 ± 0.3 倍。
這就意味着，通過正确的糾錯技術，量子計算機可以随着規模的擴大，以越來越高的精度進行計算。這為實現大規模容錯量子計算奠定了基礎。
這裏附上有關 " 邏輯量子比特 " 和 " 物理量子比特 " 的背景小知識：
物理量子比特是量子計算機中實際的硬體組成，通常由超導電路、離子阱、光子等物理系統實現。
邏輯量子比特是由多個物理量子比特通過量子糾錯編碼構成的抽象信息單元，不直接對應物理組件。
研究人員采用随機電路采樣（RCS）基準來測試 Willow 的性能——對，還是當時用來評價懸鈴木的那一套。
Willow 的表現是：在 5 分鍾内，完成了現今最快的超級計算機之一需要10 ² ⁵年才能完成的計算。
Nature 對此的評價是：目前的量子計算機對于大多數商業和科學應用來説太小且太容易出錯，現在，Willow 達成了構建足夠明确、有用的量子計算機的關鍵裏程碑。
以下是 Willow 的關鍵規格表：
不過，需要説明的是，Willow 依然沒有在實際應用測試中展現超越經典計算機的能力。
除了 RCS 基準測試之外，研究人員也在該系統中做了其他實驗模拟，但這些實驗結果仍然沒有超出經典計算機的能力範圍。
值得注意的是，這張路線圖橫軸以 " 商業相關性 " 為坐标，量子機器學習、量子化學模拟被劃分在最有可能商業應用的象限。
網友就 " 平行宇宙 " 展開熱議
還有一點引起網友關注的是，谷歌的官方 Blog 介紹中有提到：
Willow 在不到五分鍾的時間内完成了一項計算，而今天最快的超級計算機則需要 10 ² ⁵年。如果要寫出來，那就是 10000000000000000000000000 年。
這個令人難以置信的數字超出了物理學中已知的時間尺度，遠遠超過了宇宙的年齡。
它為量子計算發生在許多平行宇宙中的觀點提供了支持，這與 David Deutsch 所預測的 " 我們生活在多元宇宙 " 的觀點一致。
看到這段話，網友們也感到很驚訝：
量子計算領網域的人真的認為我們是在從其它宇宙借用計算能力來完成這些計算嗎？
有網友表示，論文中并沒有類似的表述：
在 Blog 中這樣説，只是為了炒作。
也有網友反對這種説法：
量子計算在多個宇宙中完成，這是量子計算之父 David Deutsch 提出來的解釋。他發明了量子計算機的概念來檢驗平行宇宙的想法。
如果你對從無中產生一個宇宙沒有異議，那麼你也應該能夠很好地處理平行宇宙。
随後有更多人加入到這場讨論中來，一時間，大夥兒對此展開熱烈讨論。
但正如網友所説，無論如何，目前尚無科學方法來證偽或證實。
關于 Google Quantum AI
這項具有突破性的研究，論文署名為 Google Quantum AI 及其合作者，包括但不限于：
Google Quantum AI 團隊創始人兼負責人 Hartmut Neven、量子計算理論首席科學家 Sergio Boixo 等，其中還有不少華人學者的身影。
完整名單如下：
Google Quantum AI 2012 年成立，他們使命是為當前無法解決的問題構建量子計算。
其量子計算方法涵蓋了從量子處理器、控制和解碼硬體、低温恒温器到作業系統和用户界面軟體等所有硬體和軟體組件的無縫整合。
團隊也是一個硬體 + 軟體的多元化、多學科團隊。
創始人兼負責人 Hartmut Neven，于 1996 年獲得波鴻魯爾大學的博士學位，曾是南加州大學計算機科學和理論神經科學的研究教授。
加入谷歌前，Neven 曾共同創立了兩家公司—— Eyematic 和 Neven Vision，均有關于面部識别技術；加入谷歌後，擔任谷歌視覺搜索團隊負責人。
2006 年，Neven 開始探索一個新的 idea ——用量子計算來加快機器學習的速度，之後催生了谷歌 AI 量子團隊。
Neven 也是 "Neven 定律 " 的提出者。該定律認為，量子計算機解決某些特定問題的速度将以雙指數的速度提升，這一速度遠超過傳統計算機在相同問題上通過摩爾定律提升的速度。
△Hartmut Neven
在量子計算上，谷歌的攻堅是一場從零開始的科研馬拉松。
Neven 2012 年共同創立了谷歌 AI 量子團隊後，2014 年，美國物理學會院士 John Martinis 加入了谷歌，擔任谷歌量子硬體首席科學家，領導構建量子計算機的工作。
再兩年後，量子計算理論首席科學家 Sergio Boixo 在 Nature Communications 上發表了相關論文，最終将團隊的工作重點聚焦到了量子優勢性計算任務上來。
但即便對于谷歌這樣的明星團隊來説，這項工作也一樣是巨大的挑戰。
直到 2019 年，谷歌首次實現量子優越性 Quantum Supremacy，轟動圈内外。
就是那個量子計算 200 秒 = 地球最強超算 1 萬年的突破，53 個量子比特的處理器 Sycamore 在 200 秒内，完成了超級計算機需要 1 萬年才能算完的任務。
論文直接登上 Nature 150 周年紀念特刊、各大主流媒體頭版頭條、熱度全網第一。
之後，Hartmut Neven 又帶領團隊進行持續性研究，一籮筐研究被 Nature、Science 等各大頂刊收錄。
如今，Willow 的發布再給大夥兒帶來了億點點震撼。
參考鏈接：
[ 1 ] https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/
[ 2 ] https://www.nature.com/articles/d41586-024-04028-3
[ 3 ] https://www.nature.com/articles/s41586-024-08449-y
[ 4 ] https://news.ycombinator.com/item?id=42367649
[ 5 ] https://x.com/elonmusk/status/1866170803051499874
