惊到马斯克和阿尔特曼，谷歌量子计算芯片有多强

李添诺｜文

宋辰｜编辑

市值一夜大增1120亿美元！

这就是谷歌新一代量子计算芯片Willow带来的“魔力”。

12月10日，谷歌通过官方博客宣布，其最新的量子计算芯片Willow取得两项重大进展：

-Willow可以在使用更多量子比特（拥有105个物理量子比特）的情况下，成倍地减少错误，破解了近30年来一直在研究的量子纠错挑战。

-Willow可以在不到5分钟内完成一项标准基准计算，而当今最快的超级计算机要完成这一计算需要10²⁵年，什么概念呢？就是10000000000000000000000000年，10亿亿亿年——这一时间比宇宙的年龄还长。

“量子霸权”指量子计算机可以做到传统计算机实现不了的事。谷歌的“量子霸权”项目始于2006年，最初专注于量子计算软件的研究。

2014年，谷歌与加州大学圣塔芭芭拉分校教授约翰·马丁尼斯团队合作，开始研究量子计算硬件。

2019年，谷歌Sycamore处理器通过运行一个复杂的随机量子电路，仅用200秒就完成了传统超级计算机Summit需要约10000年才能完成的任务。这一突破让谷歌正式宣布“量子霸权”实现，即量子计算机在某个特定问题上的计算能力超过了传统计算机。

如今，五年过后，谷歌再次在量子计算领域取得里程碑式进步，并引发了全球科技界大佬们的欢呼。

马斯克在社交媒体对谷歌量子计算的进展留言：“哇塞！”，并和谷歌CEO桑德·皮查伊进行了热烈的互动；Open AI首席执行官山姆·阿尔特曼也转发了皮查伊的推文，并留言“热烈祝贺”。

谷歌在量子计算领域的重要进展，同样引发了投资人的热情。

美国时间12月10日，谷歌A类股收高5.59%，创7月中旬以来新高，市值一夜大增1120亿美元（约合人民币8120亿元）。截至12月10日收盘，谷歌市值2.28万亿美元。

大咖科技

Tech Chic

一步步走来的量子计算

从古人结绳、垒石、刻字，到算盘的使用，再到17世纪机械计算器的发明，以及当今的电子计算机时代，人类计算的发展史已走过数千年。

20世纪80年代，诺贝尔奖获得者理查德·费曼提出构想，基于作为量子特性的量子叠加和量子纠缠构建量子计算，开启了人们对量子计算的兴趣。

和传统计算机使用二进制数字，即比特，1或0相比，量子计算中的基本单位是量子比特，以量子态表示和存储信息，量子态是0和1的混合。

量子比特具有量子力学的独特属性，如叠加性和量子纠缠等。这些独特属性是量子计算机优越性能的物理根源，使得量子计算在某些特定任务上具有超越经典计算的能力。

由于量子计算理论上的运算能力将有几何级数的增长，而且可以将某些在电子计算机上难解的问题变换为可解的问题。科学家们憧憬，量子计算机有望成为下一代信息革命的关键动力。

1994年，量子计算首次得到实际应用。数学家彼得·肖尔提出了能有效分解大数的量子算法，威胁现有加密技术，促使了后量子加密的发展。

四年之后，IBM研究员Isaac Chuang团队首次在两量子比特系统上实现了Grover算法，之后在七量子比特系统上实现了Shor算法。

2011年，加拿大公司D-Wave发布了全球首款商用量子计算机，虽非通用型，但标志着量子计算行业的起步。

再有就是前文提到的，2019年10月，谷歌利用53个量子比特在200秒内完成了传统超级计算机需1万年才能完成的计算，标志着“量子霸权”的首次实现。

当时，IBM曾提出过质疑。但更多的科技人士把谷歌的阶段性实验成果比喻为莱特兄弟的首飞，虽然当时的飞行器非常简陋，飞行只持续了12秒，但却预示了一个新技术时代即将到来的曙光。

在过去40多年中，量子计算虽然有所发展，但也面临着最棘手的几个问题——错误率高、不确定性强等。

这一次，谷歌量子芯片Willow仅4平方厘米大小，内含105个物理量子比特，比其前身Sycamore量子处理器的72个量子比特多了32个，从而达成了两个重要成就。

其中一个成就就是纠错。从理论上来看，在一个系统中使用的量子比特越多，错误就会越多。但没有高效的纠错机制，量子计算就无法投入实际应用。

自1995年量子纠错理论被提出以来，科学家们一直在为攻克量子计算中最棘手的难题而努力：如何有效控制量子比特的计算误差。

终于，在近30年的研究后，谷歌Willow芯片证实可以成倍地减少计算错误，从而解决了“量子纠错阈值”的关键挑战。

Willow的另一个成就，就是前文提到过的，它展示了无法想象的计算能力——在不到5分钟的时间内完成了一个标准的基准计算。

大咖科技

Tech Chic

巨头的游戏

谷歌最新的量子芯片Willow是在其位于美国圣巴巴拉的先进量子芯片制造工厂生产的，这是世界上为数不多的为量子计算芯片建造的工厂之一。

在整个量子计算世界，谷歌的巨头地位毋庸置疑。而除了谷歌，面对这个最具革命性、够颠覆传统的计算方式，没有哪个巨头甘于错过。它们纷纷加入这场激烈的竞赛，争夺量子计算的话语权。

作为现代计算不可绕过的一家企业，“蓝色巨人”也是全球最早布局量子计算的公司之一。深耕超导量子计算机的同时，IBM在软件、云平台、应用、教育等赛道均有涉足，开创了量子计算历史上的多个“首次”。

2019年初，IBM推出了一款名为“IBM QSystem One”的20比特量子计算系统，用户可以通过云端访问该系统，并宣布为埃克森美孚和欧洲核子研究中心提供量子服务。

这两家公司关注的重点领域是使用“IBM Q”来研究财务数据、物流和风险。IBM更是表示，五年内将量子计算机商业化。

芯片巨头英特尔也很早就在量子计算领域布局。2015年9月，英特尔向代尔夫特理工大学量子研究所QuTech和荷兰应用研究组织承诺投入5000万美元，为十年的合作提供支持。

2018年CES上，英特尔宣布它已经构建了一个名为Tangle Lake的49比特量子超导芯片。2019年3月，英特尔宣布了一种量子计算机测试工具。

完美在云计算时代打了翻身仗的微软乘胜追击，在2011年12月成立了QuArC小组，专注于设计用于可扩展，容错高的量子计算机的软件架构和算法。2017年底，微软宣布推出量子开发套件。今年5月，微软表示其量子开发套件已被下载100000次。

最新加入量子计算战场的是这两年赚得盆满钵满的英伟达。上个月，英伟达在官网宣布，公司正在与谷歌量子AI团队“Google Quantum AI”合作，帮助后者加速设计下一代量子计算设备。

在中国，2015年7月，阿里巴巴旗下阿里云和中国科学院在上海建立了一个名为阿里巴巴量子计算实验室的研究机构。2018年2月，阿里云推出了具有11个量子比特的量子计算云服务；百度于2018年3月宣布成立量子计算研究所，重点是量子信息理论和量子计算。

放眼全球，各国也是非常舍得在量子计算领域花钱。

美国超2000亿美元预算投入量子计算等关键领域；英国在已投入10亿英镑基础上继续投入25亿英镑，并引入10亿英镑私人资本；德国投入20亿欧元支持量子计算机及相关技术开发，同时投入11亿欧元支持量子计算研究和开发，以及8.78亿欧元支持实际应用；韩国政府和民间部门决定携手向量子信息领域投资3万亿韩元，自主研发量子计算机等相关产品和服务。

根据IDC的预测，到2027年，全球量子计算市场规模将达到107亿美元，与2017年相比10年内增长超过40倍。

从长远来看，量子计算随手可得，人类社会进入量子世界还有一段很长的路要走，但总有一批勇士，不仅埋头钻研，也常仰望星空。