谷歌量子計算向實際應用邁出一大步：比超算快1.3萬倍，有望五年內實現

科技巨頭谷歌在旗下量子芯片上實現了量子計算突破性研究。

當地時間10月22日，谷歌宣布其量子計算機取得突破性進展，使用一種名為“量子回聲（Quantum Echoes）”的算法，在量子芯片Willow（柳樹）上完成了傳統超級計算機無法勝任的任務，使量子計算機在特定任務上的運行速度比傳統超級計算機快13000倍，并且這種算法可以在類似平臺上得到重現。

谷歌方面表示，雖然量子計算機的實際應用仍需數年時間，但此次研究“是量子計算向實際應用邁出的一大步”，“量子回聲”算法是史上首個量子計算機能夠在硬件上成功運行的、超越了超級計算機能力的可驗證算法。量子可驗證性意味著其結果可以在其他規格相近的量子計算機上重現，從而驗證結果。

據谷歌介紹，該算法由一組指導量子計算機操作的指令構成，能夠計算分子的結構，為醫學和材料科學等領域的重大發現鋪平了道路：“‘量子回聲’可用于了解自然界系統的結構，從分子到磁鐵再到黑洞，我們已經證明它在Willow芯片上的運行速度比世界上最快的超級計算機之一上的最佳經典算法快13000倍。”

谷歌在《自然》（Nature）期刊上發布的論文顯示，“量子回聲”算法的核心在于測量一種特殊的量子物理量，這種可觀測量被稱為OTOC（out-of-time-order correlator，時序無序關聯函數），是用來研究量子系統中信息如何傳播和混合的一種指標。在本項研究中，谷歌和合作團隊使用超導量子處理器，通過一種被稱為“時間反演（time reversal）”的技術，成功測量了更高階的OTOC。

不過，這次突破對于現實應用的影響依然有限。谷歌工程副總裁哈特穆特·內文（Hartmut Neven）認為，五年之內，量子計算機可能在現實世界中得到實際應用：“‘量子回聲’的出現讓我們保持樂觀，相信在未來五年內，我們將看到只有量子計算機才能實現的實際應用。”

谷歌將本次突破歸功于旗下量子芯片的進步。2024年12月，谷歌發布量子芯片Willow以及基于該芯片的量子計算機。Willow芯片內含105個物理量子比特，可以通過改進芯片中的量子比特成倍地減少計算錯誤，需要在極低溫環境中發揮性能。

獲得2025年諾貝爾物理學獎的谷歌量子AI團隊首席科學家米歇爾·H·德沃雷特（Michel H. Devoret）表示，該消息是量子領域中的又一個里程碑，“標志著我們邁向全面量子計算的新一步”。

就在不久前，德沃雷特和科學家約翰·克拉克（John Clarke）、約翰·M·馬蒂尼斯（John M. Martinis）被瑞典皇家科學院授予2025年諾貝爾物理學獎，以表彰他們“發現電路中的宏觀量子力學隧道效應和能量量子化”。

英國薩塞克斯大學的量子技術教授溫弗里德·亨辛格（Winfried Hensinger）表示，谷歌的這項成果仍局限于實驗層面，真正具備廣泛實用性的量子計算機需要上百萬個乃至數十億個穩定的量子比特：“需要明確的是，谷歌完成的這項任務還沒有達到人們預期的那種顛覆世界的量子應用水平。不過，它確實是又一次有力的證明，顯示出量子計算機正在逐步變得越來越強大。”

22日當天，谷歌（Nasdaq：GOOGL）股價漲0.49%收于每股251.69美元，總市值3.05萬億美元。