Google 釋出量子晶片 Willow：攻克近 30 年糾錯難題

造一臺量子計算機，最折磨人的地方其實不是怎麼把它做大，而是怎麼讓它別算錯。

物理世界裡的微小震動、熱量甚至宇宙射線，都能輕易摧毀量子態。過去三十年裡，量子計算一直卡在一個尷尬的死迴圈裡：你加的物理量子位元越多，引入的噪聲和錯誤反而越多，整個系統很快就退化成了普通電腦。

Google 正式公佈了新一代量子晶片 Willow，並在《Nature》上發表了論文。他們終於把這個死迴圈打破了。

越堆硬體，錯誤反而少了一半

Google 這次拿出的 Willow 晶片擁有 105 個超導量子位元，在加利福尼亞州聖巴巴拉市專為量子晶片新建的工廠製造。

它最核心的突破在於量子糾錯跨過了「閾值」（below threshold）。這是 Peter Shor 在 1995 年提出量子糾錯理論以來，整個領域追逐了近三十年的分水嶺。

通常來說，系統越大越容易出錯。但研究團隊在測試中發現，把編碼量子位元陣列從 3x3 擴大到 5x5，再擴大到 7x7，每次擴大規模，系統的錯誤率反而都直接減半。

這意味著系統實現了指數級降錯，也就是規模越大反而越穩定。他們還做到了超導系統上的即時糾錯，而且整個陣列的壽命超過了單個物理量子位元，實現了所謂的「超越損益平衡」。

另外，Willow 在衡量量子相干時間的 T1 指標上接近 100 微秒，比上一代晶片提升了大約 5 倍。

超級計算機要算 100 溝年，它用不到五分鐘

在標準測試基準「隨機線路取樣」（RCS）上，Willow 展現出了極其誇張的算力落差。

Willow 在不到五分鐘內跑完的計算，如果放到當今最頂尖的經典超級計算機之一 Frontier 上，按保守條件估算，需要花費 10 的 25 次方年（即 10 septillion 年）。

這個時間尺度寫出來是 1 後面跟著 25 個零，已經遠遠超出了已知宇宙的年齡。在物理層面上，普通計算機哪怕算到宇宙毀滅也跑不完這個任務。

為了維持這些超導量子位元的穩定工作，晶片必須安裝在被稱為稀釋製冷機的特殊裝置裡，在比外太空還要冷得多的極低溫度下執行，配合特製的微波線路和防干擾包裝來隔絕外界電磁波與熱噪聲。

不過團隊也坦承，隨機線路取樣只是用來證明量子機器確實能做到經典機器做不到的事，這項測試本身並沒有已知的現實應用價值。

為什麼重要

我們認為，Willow 的最大意義不是那個寫滿 25 個零的誇張時間，而是它證明了「邏輯量子位元」在工程上是可行的。

以前業內對量子計算常有懷疑，覺得環境噪聲是堵翻不過去的物理高牆。現在 Google 證明了只要硬體質量足夠高，通過糾錯演算法把更多量子位元綁在一起，錯誤率確實能被按下去，造出真正實用的大規模量子計算機看起來不再是空想。

但對普通人和普通開發者來說，現在還沒到興奮的時候。你今天不僅用不上它，連它能算什麼實際問題都還在摸索階段。

團隊下一個目標是同時做到「超越經典」和「有現實商業價值」，例如模擬複雜分子來設計新藥、研發更高效的電池或常溫超導材料，甚至用來加速基礎 AI 架構的訓練。

接下來就看 IBM、微軟等對手怎麼接招。如果大家都能把錯誤率壓到閾值以下，量子計算的軍備競賽就會從純粹比拼「誰的物理量子位元多」，徹底轉向拼誰能率先跑通第一個有商業價值的真實演算法。