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谷歌 Willow 量子芯片虽有进展,然实用之途尚遥

发表时间:2024-12-17 10:21

12 月 9 日,谷歌首席执行官桑达尔・皮查伊于社交媒体 X 上发布一则重磅消息:量子芯片 Willow 取得了关键的实质性进展,成功实现了错误率的指数级降低,一举攻克了在量子计算领域困扰研究人员长达 30 余年的棘手难题。

谷歌Willow量子芯片有进步 但离实用还很遥远

谷歌量子 AI 创始人哈特穆特・内文指出:“通常情况下,量子比特的数量增多,随之而来的错误也会增多,整个系统也会越发趋近于经典计算机的特性。”
谷歌运用所谓的随机电路采样(RCS)基准来衡量 Willow 的性能表现,即采用一些经典计算机难以处理的任务来对量子计算机进行测试。测试结果显示,Willow 芯片在短短不到 5 分钟的时间内,便完成了当今先进超级计算机需要耗费一千万亿亿亿年(即 10 的 25 次方,或 10²⁵)才能完成的复杂计算任务。
在量子计算研究领域,研究者们会采用多种不同的标准来评估量子计算机的性能优劣。谷歌所采用的是 RCS 标准,其认为这是测试任何量子算法的最低入门门槛。倘若量子计算机在 RCS 测试中无法脱颖而出,那么也就难以在其他量子算法的竞争中占据优势。与此同时,IBM、Honeywell 等企业也在积极投身于量子计算机的研究工作,它们所采用的评测标准是 “量子体积”(quantum volume),该标准着重评估量子系统更为广泛的综合能力,尤其关注量子交互作用以及整体的可靠性程度。
Willow 芯片还具备一个独特的优势特性,那就是随着量子比特数量的不断增加,其错误率并不会随之上升,这意味着谷歌很可能已经成功解决了长期以来困扰量子计算发展的错误修正难题。然而,谷歌量子计算芯片 Willow 目前的实用性却较为有限。
尽管取得了上述显著进展,但我们仍需保持理性和冷静,不能盲目乐观。美国 VC 公司 Runa Capital 的高管弗朗西斯科・里丘蒂指出:“量子计算领域亟需一个类似 ChatGPT 那样具有突破性和变革性的时刻,但很显然,Willow 尚未达到这样的高度。” 这也就意味着,谷歌的量子计算芯片在现实世界中的实用性仍然较为薄弱。
弗朗西斯科・里丘蒂进一步解释道,谷歌所宣称的成功仅仅是基于特定任务和基准测试所得出的结论,并非是基于实际的实用价值考量。他表示:“谷歌设定了一个难度极高的问题,这类问题对于普通计算机而言难以解决,但量子计算机却能够胜任。谷歌的这一成就固然值得肯定和赞誉,但这并不等同于其已经具备了实用价值。”
萨塞克斯大学(University of Sussex)的量子计算教授温弗里德・亨辛格在肯定谷歌所取得成绩的同时,也提出了自己的看法。他认为,谷歌的 Willow 芯片无疑是量子计算机发展历程中的一个重要里程碑,它在一定程度上缓解了错误问题对量子计算发展的制约。但随后,他话锋一转,指出相较于实用计算的需求而言,Willow 芯片仍然存在较大的差距。如果想要运用量子计算机解决真正具有重要意义的工业问题,那么所需的量子比特数量将高达数百万之巨,而 Willow 芯片目前仅仅拥有区区 105 个量子比特,远远无法满足实际应用的需求。
此外,谷歌的 Willow 芯片是基于超导量子比特技术进行开发的,这一技术对于冷却条件有着极为严苛的要求,这也就意味着如果想要对该系统进行大规模的扩展,将会面临巨大的技术挑战和困难。
温弗里德・亨辛格还提到:“倘若要构建拥有数百万个量子比特的量子计算机系统,其温度需要达到绝对零度的水准,从目前的技术条件来看,采用超导量子比特技术来搭建这样的量子计算机几乎是不可能实现的。”
谷歌也承认,RCS 基准测试目前并没有 “已知的现实世界应用”,其仅仅是利用量子系统进行了一些饶有趣味的模拟测试,并在此过程中获得了一些新的科学发现。然而,这些新发现从本质上来说,仍然是经典计算机能够实现的。不过,谷歌也表示,未来将会逐步迈入经典计算机无法触及的算法领域,将更多的关注焦点放在那些在    现实世界中具有实用价值以及具备商业潜力的问题上。
谷歌量子计算芯片 Willow 让人类向实用量子计算机目标迈进了一步
尽管 Willow 芯片目前的实用性有限,但温弗里德・亨辛格和弗朗西斯科・里丘蒂都认为,人类一直以来都怀揣着打造实用量子计算机的梦想,而谷歌的 Willow 芯片无疑增强了人类实现这一梦想的信心和决心。
芝加哥大学教授安德鲁・克莱兰表示:“在我看来,人类距离真正实用的量子计算机仍然还有相当漫长的道路要走,然而,谷歌在量子计算领域所取得的进步却是至关重要且不可或缺的,它让我们在追求实用量子计算机的道路上向前迈进了一小步。”
英国格拉斯哥大学教授马丁・魏德斯则认为,谷歌为量子计算的发展设定了一条清晰的路径,使得我们朝着构建 “容错” 量子计算机的目标又更近了一步。所谓 “容错” 量子计算机,是指其能够精准地捕捉到错误并及时进行修正,从而确保计算的准确性和稳定性。
有人担忧谷歌的 Willow 芯片将会对银行加密系统和比特币构成威胁,但莱斯大学(Rice University)计算机助理教授蒂尔塔克・帕特尔认为,这种担忧被过度夸大了。他指出,破解先进的加密系统需要更为强大的量子芯片,其性能要远远超越 Willow 芯片。
蒂尔塔克・帕特尔对谷歌在量子计算领域所取得的进步给予了充分的肯定和认可,他认为 Willow 芯片在某些特定的场景下已经超越了超级计算机的表现,这一成果对于那些原本对量子计算潜力持怀疑态度的人来说,无疑具有更强的说服力,能够让他们更加相信量子计算的巨大潜力。
莱斯量子计划(Rice Quantum Initiative)的研究人员凯登・哈扎德指出,人类一直期望能够运用量子计算机来模拟化学反应并从中寻找新的药物,或者利用它来解决量子力学中的难题、开发新型材料,以及研究更为高效的反应催化剂等,但遗憾的是,这样的量子计算机目前尚未诞生,或许我们还需要等待许多年的时间。
蒂尔塔克・帕特尔则认为,用于优化天气预报、提高供应链效率的量子芯片可能会更早地出现在我们的视野中,因为这类量子计算机相较于其他应用场景而言,对量子比特的数量需求相对较少,并且其能耗也会比超级计算机更低。即使在没有先进的降低错误率技术的支持下,它们仍然有可能在现实世界中得到应用和推广。
蒂尔塔克・帕特尔还补充道:“当前,对于科学家和工程师们来说,最为重要的任务便是通过实际行动来证明量子计算在不同现实应用场景中的实用性和有效性。尽管谷歌的实验在这方面尚未取得实质性的突破,但从量子计算发展的宏观角度来看,它仍然算得上是一个具有重要意义的里程碑事件。”


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