Google 量子計算突破！Willow 晶片5分鐘超越超級電腦10的25次方年運算

Google 發表最新量子計算晶片 Willow，在量子計算領域取得重大突破，5分鐘內完成超級電腦需耗時「10的25次方年」的運算。

Google 的新量子計算晶片「Willow」

Google 發表了一款新的晶片，據稱能在五分鐘內解決目前全球最快超級計算機需要十澤秒（10,000,000,000,000,000,000,000,000 年）才能完成的問題。

該晶片是量子計算領域的最新進展，該領域旨在利用粒子物理學的原理創造一種全新的、令人驚嘆的強大計算機。

Google 表示，其新量子晶片「Willow」融合了關鍵的「突破性技術」，並為實用的大規模量子計算機鋪平了道路。

然而，專家指出，目前「Willow」仍然是一款主要用於實驗的設備，距離一款足夠強大以解決各種現實世界問題的量子計算機仍有數年的時間以及數十億美元的投入。

量子困境

量子計算機的運作方式與手機或筆記本電腦中的計算機有根本的不同。它們利用量子力學——超微粒子的奇異行為——來比傳統計算機更快地解決問題。人們希望量子計算機最終能利用這種能力大大加快複雜過程，例如新藥物的研發。

但也有人擔心它可能被用於惡意目的，例如破解用於保護敏感數據的某些類型加密技術。

今年二月，Apple 宣布其保護 iMessage 聊天的加密技術已被設計為「抗量子計算」，以防止未來強大的量子計算機解讀信息。

Google 的量子人工智能實驗室負責人 Hartmut Neven 是「Willow」項目的樂觀主義者。他表示「Willow」將用於某些實際應用，但目前未提供更多細節。

他還透露，用於商業應用的晶片不會早於本世紀末問世。

初步應用可能包括模擬量子效應重要的系統，例如設計核聚變反應堆、了解藥物功能及藥品開發、研發更好的汽車電池等。

Willow 的測試結果

什麼是量子計算？ (What is quantum computing)

量子計算是一門利用量子力學現象來解決傳統電腦無法處理或需要極長時間才能解決的問題的尖端科技領域。

基本概念

量子位元 (Qubit)
傳統電腦使用位元（bits）以0或1的方式儲存資訊，而量子電腦則使用量子位元（qubits）。量子位元可以同時處於0和1的疊加態（superposition），這使得運算能力呈指數級增長。例如：

• 2個量子位元可處理4個資訊
• 3個量子位元可處理8個資訊
• 4個量子位元可處理16個資訊

量子特性
量子電腦透過操控和測量基本量子粒子來創建量子位元，這些粒子包括：

• 光子
• 電子
• 被捕獲的離子
• 原子

應用領域

科學模擬
量子電腦特別適合模擬其他量子系統，例如：

• 高能物理實驗
• 分子動力學
• 化學反應

複雜計算
量子電腦能夠同時進行大量平行運算。舉例來說，一個包含30個量子位元的序列可以同時處理約十億種狀態，而這些計算都在同一硬體上進行。

現況與未來

量子計算技術正在快速發展。預計在未來五年內，量子創新的進展將超過過去30年的總和。這項技術可能帶來重大突破，包括：

• 解決氣候變遷問題
• 改善糧食安全
• 加速科學研究

然而，目前的量子計算仍處於實驗階段，面臨許多實際應用的挑戰。一些複雜的計算問題在傳統超級電腦上可能需要數年時間，而在未來的量子電腦上可能只需要幾秒鐘就能解決。

全球公司正在競相開發一代革命性的新型計算機。

不要將量子 CPU 與傳統 CPU 混為一談

Neven 表示，「Willow」的性能使其成為迄今為止「最好的量子處理器」。但薩里大學的計算專家 Alan Woodward 教授認為，量子計算機在一系列任務上的表現將優於目前的「經典」計算機，但它們不會完全取代後者。

他警告說，不應誇大「Willow」在單一測試中的成就。

「我們必須小心，不能將蘋果和橘子進行比較，」他向 BBC 表示。

Google 選擇了一個量子計算機專門適合解決的問題作為性能基準，但這並未顯示出「與經典計算機相比的普遍加速」。

儘管如此，他認為「Willow」代表了重要的進步，尤其是在所謂的錯誤校正領域。

簡而言之，量子計算機的實用性越高，所擁有的量子位（qubit）就越多。然而，該技術的一個主要問題是容易出錯，而且錯誤率通常會隨著量子位數量的增加而上升。但 Google 的研究人員表示，他們成功設計並編程了新晶片，使整個系統的錯誤率在量子位數量增加時反而下降。

Neven 認為，這是追求該領域「近30年」的關鍵挑戰的一項重大「突破」。

他向 BBC 表示，這相當於「如果你只有一個引擎的飛機——這樣可以運作，但兩個引擎更安全，四個引擎更加安全。」

錯誤是一個創建更強大量子計算機的重要障礙，這一進展對於每個致力於建造實用量子計算機的人來說都具有鼓舞意義。

但 Google 自己也指出，要開發實用的量子計算機，錯誤率仍需要比「Willow」所顯示的更低。

「Willow」是在 Google 位於加利福尼亞的新建製造工廠中製造的。

全球的主權強國正在投資量子計算技術。

英國最近啟動了國家量子計算中心（NQCC）。

該中心主任 Michael Cuthbert 向 BBC 表示，他對煽動「炒作循環」的言辭持謹慎態度，並認為「Willow」是一個「里程碑，而不是突破」。然而，這顯然是一項「高度令人印象深刻的工作」。

最終，量子計算機將幫助完成一系列任務，包括「如航空貨運分配或電信信號路由或國家電網能源儲存等物流問題」，他說。

目前，英國已有50家量子技術公司，吸引了8億英鎊的資金，僱用了1300人。

週五，牛津大學和日本大阪大學的研究人員發表了一篇論文，展示了一種在束縛離子量子位中實現極低錯誤率的研究成果。他們的方法不同於 Google，能在室溫下運作的量子計算機，而 Google 的晶片需要在極低溫下儲存才能發揮效用。

Google 在「Willow」的科學發現已發表於《自然》雜誌。