最新量子運算有多強？Google發表Willow晶片：「5分鐘算力」等於超級電腦運算「10的25次方年」

谷歌公司9日表示，該公司研發的新一代晶片已克服量子運算的關鍵挑戰，任何一台超級電腦耗時「10的25次方年」運算才能解決的問題，新晶片僅需5分鐘就能解決。

Google在知名科學期刊《自然》（Nature）發表擁有105個量子位元（qubits）新晶片Willow達成的成果，並且表示Willow的算力遠遠超過任何一台當今最快的超級電腦。因為Willow在不到5分鐘的時間內完成了一項標準基準計算，而這項計算需要今天最快的一台超級電腦花上 10 septillion（也就是10的25次方）年的時間—這個數字其實已經遠遠超過宇宙的年齡。

領導Google量子AI單位的尼文（Hartmut Neven）表示，當我們擴大使用更多的量子位元時，Willow能夠即時減少錯誤，破解了量子纠錯領域近30年來一直追求的關鍵難題。所謂「量子位元」是量子電腦的建構模組，量子位元運行速度雖快，卻也容易出錯，即使是來自外太空事件的微小次原子粒子，也可能干擾其運作。隨著晶片上的量子位元數越多，這些錯誤也可能層層疊加，導致量子晶片性能不見得優於傳統電腦晶片，但Google宣稱Willow晶片已經攻克這項難關。

尼文說，在Willow中使用的量子位元越多，就越能減少誤差，系統也就變得越量子化。Google團隊測試了越來越多的物理量子位元陣列，從3x3編碼量子位元的陣列，到5x5陣列、7x7陣列，每次進展都能將錯誤率降低一半，從而實現了錯誤率的指數級降低。這項歷史性的成就在業界被稱為 「低於臨界值」—能夠在增加量子位元數量的同時降低錯誤率，自從Peter Shor在1995年提出量子錯誤校正以來，這一直都是艱難的挑戰。

Google量子AI首席架構師梅格蘭特（Anthony Megrant）受訪時說，Google部分競爭對手正在製造擁有更多量子位元的晶片，但Google專注於打造最可靠的量子位元。Google先前都是利用與加州大學聖巴巴拉分校（University of California, Santa Barbara）共享的設備來製造晶片，但他們也在打造新廠生產Willow晶片。梅格蘭特說，新廠將加快Google製造未來晶片的速度，這些晶片是放在稱為低溫恆溫器（cryostat）的巨型冰箱內冷卻，以進行實驗。

英國《衛報》指出，自2021年以來，量子運算的研究成果不斷獲得突破。種種跡象顯示，不出數年量子運算就能變得足夠強大，開始改變研發新材料（從藥物到電池）的能力、加速核聚變反應爐的創造、加速人工智慧在醫療領域的影響力。Google Quantum AI 是研究如何利用量子力學運算能力的單位之一，合作單位還包括微軟、哈佛大學和Quantinuum公司。 （相關報導： 醫療保險高管被當街槍殺，卻引來網友大開嘲諷？紐時解析：保險業在美國為何引發眾怒 ｜ 更多文章 ）

牛津量子研究所（Oxford’s Quantum Institute）研究員彼得・力克（Peter Leek）表示，量子運算技術正在快速向前發展，Google這次發表的成果更是修正量子運算錯誤的「光輝典範」。不過他也提醒，非常快速的處理結果所涉及的計算「在現實世界中沒有多大用處」，但未來五年我們將看到量子運算的有趣應用。