谷歌量子AI團隊昨天宣布了一項里程碑式的算法突破，其“Willow”量子芯片成功運行了“量子回聲”（Quantum Echoes）算法，首次在硬件上實現(xiàn)了可驗證的量子優(yōu)勢，成果發(fā)表于《自然》雜志，這一成果由谷歌量子處理器總監(jiān)Yu Chen和量子硬件首席科學(xué)家，2025諾貝爾物理學(xué)獎獲得者Michel Devoret共同發(fā)布，標(biāo)志著朝著實現(xiàn)有用的量子計算邁出了關(guān)鍵一步，還不清楚狀況的看我昨天的文章

構(gòu)建量子計算機面臨一個核心挑戰(zhàn)：如何在不丟失寶貴量子信息的前提下，對量子比特進行精確控制？

今天yu chen 和Michel Devoret又揭秘了一些Willow芯片背后的故事

Willow的“獨家秘方”：破解控制難題

此次突破的核心，正是谷歌最先進的量子芯片——Willow。它基于超導(dǎo)量子電路構(gòu)建，這一技術(shù)路線在性能和可擴展性上已展現(xiàn)出卓越的平衡，是構(gòu)建容錯量子計算機的領(lǐng)先平臺之一

要釋放量子計算的潛力，就必須解決控制與退相干之間的矛盾。Yu Chen提到谷歌在硬件設(shè)計和控制系統(tǒng)上取得了突破，它使得團隊能夠在維持高保真度的同時，對量子系統(tǒng)進行前所未有的高速操控

為了驗證這一能力，團隊執(zhí)行了一項復(fù)雜的“量子回聲算法”（Quantum Echoes algorithm）。該算法旨在揭示量子系統(tǒng)的內(nèi)部動力學(xué)，對芯片的系統(tǒng)級性能、量子門的精度和測量速度都提出了極為苛刻的要求

而Willow芯片不負眾望。在其整個105量子比特陣列中，其關(guān)鍵性能指標(biāo)如下：

• ? 單量子比特門保真度： 99.97%

• ? 糾纏門保真度： 99.88%

• ? 讀出保真度： 99.5%

所有操作均在幾十到幾百納秒內(nèi)完成，為實現(xiàn)驚人的計算加速奠定了基礎(chǔ)

13000倍加速：史上最復(fù)雜實驗之一

高精度與高速度的結(jié)合，將谷歌的實驗推向了經(jīng)典計算機無法企及的領(lǐng)域

Yu Chen透露，Willow的獨家秘方讓量子回波算法的運行速度實現(xiàn)了13000倍的驚人提升。正是這種前所未有的速度，使得團隊能夠在整個項目過程中完成一萬億次測量——這在所有量子計算機上有史以來執(zhí)行過的全部測量中，也占有重要比例，使其成為量子計算歷史上最復(fù)雜的實驗之一

容錯：谷歌的戰(zhàn)略路線圖

此次可驗證量子優(yōu)勢的實現(xiàn)，是谷歌量子AI路線圖上的又一個關(guān)鍵進展。谷歌的目標(biāo)是開發(fā)能夠執(zhí)行復(fù)雜、糾錯計算的大規(guī)模量子計算機，并為此制定了包含六個里程碑的清晰路線圖，以指導(dǎo)其開發(fā)高質(zhì)量的量子硬件和軟件

以下是谷歌量子計算路線圖的六大里程碑詳情：

里程碑 1：超越經(jīng)典 (Beyond Classical)

物理量子比特 (Physical Qubits): 54
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): -

里程碑 2：量子糾錯 (Quantum Error Correction)

物理量子比特 (Physical Qubits): 102 (百量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10?2

里程碑 3：構(gòu)建一個長壽命的邏輯量子比特 (Building a Long-Lived Logical Qubit)

物理量子比特 (Physical Qubits): 103 (千量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10??

里程碑 4：創(chuàng)建一個邏輯門 (Creating a Logical Gate)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10? (萬量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10??

里程碑 5：工程化擴展 (Engineering Scale Up)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10? (十萬量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10??

里程碑 6：大型糾錯量子計算機 (Large Error-Corrected Quantum Computer)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10? (百萬量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10?13

此前，谷歌已分別于2019年和2023年完成了前兩個里程碑。隨著Willow的發(fā)布，團隊通過展示低于閾值的量子糾錯，正穩(wěn)步邁向“里程碑3”

谷歌表示，在邁向最終構(gòu)建容錯量子計算機的道路上，挑戰(zhàn)依然巨大，需要在系統(tǒng)性能和規(guī)模上實現(xiàn)數(shù)量級的提升。但今天展示的成果，特別是對量子比特前所未有的控制能力，無疑為應(yīng)對未來挑戰(zhàn)注入了強大的信心

Yu Chen

Yu Chen 現(xiàn)任谷歌量子處理器總監(jiān)

本科畢業(yè)于中科大物理學(xué)專業(yè)，博士畢業(yè)于明尼蘇達大學(xué)雙城分校凝聚態(tài)物理

2014年加入谷歌，谷歌學(xué)術(shù)他引次數(shù)超過35000