谷歌週三宣布了量子計算的重大突破，聲稱它已經實現了有史以來第一個可驗證的量子優勢。谷歌的新“量子迴聲”算法在其 Willow 芯片上運行，執行複雜計算的速度比世界頂級超級計算機的模擬速度快 13,000 倍。
詳細信息請參閱科學期刊 Nature，這一成就標誌著朝著構建實用量子機器邁出了關鍵一步。
研究人員相信這些系統有一天可以解決醫學、材料科學和其他領域目前棘手的問題。這一里程碑將量子競賽從純科學轉向可驗證、可重複的工程，並即將在現實世界中應用。
正如 Google 在其公告中所述， “這是歷史上第一次任何量子計算機成功運行超越超級計算機能力的可驗證算法。”
新的里程碑:可驗證的量子優勢
運行計算速度比超級計算機快 13,000 倍，Google 的最新成就不僅僅是速度記錄。它代表了量子硬件可靠性和可信度方面的根本性進步，這是業界一直在努力克服的一個關鍵障礙。
該實驗在 105 量子位 Willow 處理器上進行，成功運行了一種物理算法，該算法模擬了信息如何通過量子系統傳播和重新聚焦。
在引人注目的數字背後隱藏著更深遠的成就: 可驗證性。量子計算機首次證明了任務的加速性，可以可靠地重複並根據自然進行檢查。
這與早期的“量子霸權”演示形成鮮明對比，後者俱有開創性，但更難以獨立確認。谷歌首席執行官桑達爾·皮查伊 (Sundar Pichai) 表示，“結果是可驗證的，這意味著其結果可以由其他量子計算機重複或通過實驗確認。”
這種能力使該技術超越了一次性演示，進入了持續的、工程師主導的進步領域。
這項新技術被稱為量子迴聲，其工作原理是向量子系統發送精心設計的信號。然後，研究人員擾動單個量子位並精確逆轉信號的演化，以監聽返回的“迴聲”。
這種迴聲被一種稱為相長干涉的現象放大，揭示了有關係統結構和動力學的極其敏感的信息。
多年來，量子計算的前景一直受到錯誤和不穩定性挑戰的影響。這一突破直接建立在 Willow 芯片 2024 年成功實現“低於閾值”糾錯的基礎上。
這一里程碑證明，一旦量子位達到一定的質量，擴大系統規模實際上可以減少錯誤，而不是放大錯誤，從而為更大、更穩定的處理器鋪平道路。
從實驗室工作台到現實世界:應用程序和威脅
憑藉這種新的精度水平，Google 對通往實際用例的道路持樂觀態度。谷歌量子人工智能的創始人兼負責人哈特穆特·內文（Hartmut Neven）規劃了一個清晰的時間表:“通過量子回波，我們繼續樂觀地認為，五年內我們將看到只能在量子計算機上實現的現實世界應用。”
最有前途的應用是在分子水平上模擬自然世界，這項任務甚至壓倒了最強大的經典計算機。
更深入的理解 這些相互作用可以解鎖新的催化劑、更高效的電池和新型藥物。
在加州大學伯克利分校的原理驗證實驗中，研究人員使用量子迴聲技術來分析分子的結構。
結果表明該方法可以成為藥物發現和材料科學的強大工具。正如穀歌在其聲明中所解釋的那樣，“就像望遠鏡和顯微鏡開闢了新的、看不見的世界一樣，這個實驗是邁向‘量子望遠鏡’的一步，能夠測量以前無法觀察到的自然現象。”
然而，量子機器日益強大的能力也帶來了一個更清晰的威脅:破解現代加密的潛力。
如此巨大的進步帶來了新的挑戰。 “立即收穫，稍後解密”攻擊向量的緊迫性，攻擊者今天竊取加密數據，目的是在強大的量子計算機可用時對其進行解密。
此類威脅 促使 NIST 等政府機構最終確定後量子密碼學 (PQC) 標準，以防禦未來的攻擊。
這對數字資產和通信構成了直接風險。正如密歇根大學教授 Christopher Peikert告訴 Decrypt 的那樣，“量子計算有合理的可能性（超過 5%）成為重大的、甚至存在的長期風險。 比特幣和其他加密貨幣。”
後量子世界的安靜倒計時越來越響亮。
通往量子未來的激烈競爭
Google 的成就落在了一個競爭激烈的領域，科技巨頭在不同的策略上投入了數十億美元，以構建容錯的量子計算機。
雖然 Google 專注於通過其超導量子位展示可驗證的速度，但其競爭對手正在探索根本不同的路徑，每條路徑都有自己的風險和潛在回報。
IBM 作為該領域的先驅，制定了雄心勃勃的路線圖，目標是到 2029 年實現容錯系統。其戰略取決於最近轉向更高效的糾錯碼，即 qLDPC，旨在大幅減少創建單個穩定邏輯量子位所需的物理量子位數量。
亞馬遜的 AWS 及其 Ocelot 芯片正在設計“玻色子量子位”，旨在自然地抑制硬件級別的某些錯誤。他們的理念是從頭開始將糾錯構建到架構中，而不是稍後添加。
微軟正在追求大膽的雙重戰略。它正在支持丹麥的一台主要中性原子量子計算機，同時開發自己的高風險、高回報的“拓撲量子位”。
其 Majorana 1 芯片旨在創建本質上穩定的量子位，理論上這可以完全消除複雜的糾錯需求，儘管該技術仍處於試驗階段。
每種方法都面臨著巨大的工程挑戰，目前尚不清楚 這最終將被證明是最具可擴展性和實用性的。
然而，進步是不可否認的。蘇塞克斯大學教授 Winfried Hensinger 指出 Google 的工作是“又一個令人信服的證據” 量子計算機正在逐漸變得越來越強大。 “
最終，谷歌的聲明重新定義了量子競賽。這場競賽不再僅僅關乎原始量子比特數或理論速度，而是關乎構建能夠產生可驗證、可重複且最終有用的結果的系統。
雖然該行業尚未達到“ChatGPT 時刻”，但這一突破使這一天的到來變得更加接近。
