谷歌量子计算再突破，实现可验证量子优势，速度提升13000倍！

排行榜 2025年10月27日 01:42 0 admin

2025年10月，诺贝尔物理学奖新晋得主米歇尔·德沃雷特站在了科学界的又一个巅峰。

仅仅获奖数周后，他所在的谷歌量子人工智能团队在《自然》杂志封面发表了一项突破性研究。

研究首次在量子硬件上实现了可验证的量子优势，将量子计算从理论验证推向了实际应用的临界点。

这项被称为“量子回声”的技术，就像是为科学家们打造了一台能够窥探分子内部世界的“量子望远镜”。

量子回声：倾听分子内部的声音

量子回声算法的核心原理宛如精密的声纳探测系统。

谷歌在官方博客中用一个生动的比喻解释道：传统测量方法就像在船底用声呐寻找沉船，只能给出模糊的轮廓；

而量子回声技术不仅能找到沉船，甚至能读取出船身上的铭牌。

具体而言，研究人员将精心设计的信号发送到Willow量子芯片的量子比特中，通过扰动一个量子比特来精确逆转信号的演化过程，然后“监听”返回的“回声”。

这种回声的特殊之处在于，它会受到相长干涉的显著增强。

这是一种量子波叠加现象，能让测量精度达到前所未有的水平。

这项技术的理论基础源于乱序时间相关器算法。

OTOC在高度纠缠的量子多体系统中展现出的量子关联，只有通过时间反转技术才能实现。

研究中，谷歌团队在量子演化过程中插入泡利算符，使海森堡图像中泡利弦的相位随机化，从而显著改变OTOC的测量值。

谷歌工程副总裁哈特穆特·内文表示：

“我们观察到一个干涉机制，发现这一机制赋予了OTOC高度的经典模拟复杂度。

这些发现为通向实用的量子计算指明了一条可行路径。”

性能突破：13000倍的速度优势

谷歌此次展示的量子优势具有里程碑意义。

在Willow量子芯片上运行的OTOC算法，比全球最快超级计算机上的最佳经典算法快了整整13000倍。

这个数字背后，是量子计算从实验室走向实用化的重要转折。

更关键的是，这种优势是“可验证的”。

量子可验证性意味着结果可以在任何同等规格的量子计算机上重复验证，这不仅确保了计算结果的可靠性，也为量子计算的标准化奠定了基础。

Willow量子芯片的进步是实现这一突破的关键。

2024年，谷歌通过随机电路采样基准测试证明了该芯片的性能，并成功测量了量子态的最大复杂度。

现在的量子回声算法不仅能模拟物理实验，测试复杂度，还能验证最终计算的精度。

德沃雷特在接受媒体采访时强调：“此次成果是量子领域的又一里程碑，标志着我们迈出了全面量子计算的新的一步。这不仅仅是速度的胜利，更是可靠性的证明。”

实际应用：从药物研发到材料科学

在原理验证实验中，谷歌与加州大学伯克利分校的合作展示了量子回声的实用价值。

研究团队在Willow量子芯片上运行量子回声算法，分析了包含15个原子和28个原子的两个分子结构。

结果显示，量子计算机得出的数据与传统核磁共振结果完全一致，但同时发现了核磁共振无法探测到的额外信息。

这种增强型的“量子核磁共振”技术，有望在多个领域引发变革。

在药物研发领域，这项技术能帮助科研人员精确理解潜在药物分子与靶标蛋白的结合方式，大大加速新药开发进程。

传统的分子结构分析就像是通过模糊的照片识别人脸，而量子回声则能提供高清的三维立体图像。

在材料科学方面，该技术能够精确表征聚合物和电池组件的分子结构，为开发更高效的能源存储材料提供指导。

从太阳能电池到核聚变装置，量子计算正在为这些关键技术的突破提供新的工具。

谷歌研究人员指出，正如望远镜和显微镜的发明让人类看到了新的世界，量子回声技术将让科学家们观测到此前无法触及的自然现象。

技术演进：从理论优势到实用验证

谷歌的量子计算之路呈现出清晰的演进脉络。

2019年，谷歌首次证明量子计算机可以解决经典超级计算机需要数千年才能解决的问题，实现了“量子优越性”。

2024年，Willow量子芯片通过抑制误差，解决了困扰科学家近30年的难题。

如今，量子回声算法实现了从“量子优越性”到“量子实用性”的关键跨越。

与之前主要用于证明计算能力边界的随机电路采样不同，OTOC算法直接关联着实际科学问题，标志着量子计算开始走出实验室，迈向真实世界的应用场景。

然而，全面容错量子计算机的实现仍面临挑战。

谷歌坦言，要完成那些令人兴奋的科学任务，需要建造能够容纳数十万个量子比特的量子计算机。

当前的技术水平距离这一目标还有相当长的路要走。

内文预计，尽管OTOC算法取得了重要突破，但距离量子计算机的广泛应用可能还需要五年左右时间。

谷歌的下一个目标是实现量子硬件计算路线图上的第三个里程碑，长寿命逻辑量子比特。

量子计算的时代正在悄然来临，但它的到来不是一夜之间的革命，而是循序渐进的演化。

谷歌的量子回声技术，就像是在经典计算与量子计算之间架起了一座桥梁，让人类得以窥见那个即将到来的量子未来。

当科学家们能够“倾听”分子内部的声音，当计算机能够模拟自然界最微妙的相互作用，我们或许正站在一个新科学时代的门槛上。

在这个时代里，量子计算不仅是更快的工具，更是认识世界的新视角。

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