谷歌量子计算实现重大突破 - 通信人家园

时间: 2025-10-27 15:09

作者: coffee198375 标题: 谷歌量子计算实现重大突破

美国当地时间周三，谷歌量子AI团队宣布，其量子计算机成功运行了一款新型算法，该算法在药物发现、新材料设计等领域展现出巨大应用潜力。

据谷歌团队发表于《自然》杂志的论文所述，通过利用量子力学的独特效应，谷歌量子计算机执行该算法的速度，比在经典物理范畴内运行的顶级超级计算机快1.3万倍。

诺贝尔物理学奖得主米歇尔·H·德沃雷表示：“未来，当我们拥有规模更大的量子计算机时，将能够执行任何经典算法都无法完成的计算。” 他于2023年加入谷歌，目前担任谷歌量子硬件首席科学家。

德沃雷与另外两位物理学家因他们在四十多年前完成的一系列开创性实验而荣获2025年诺贝尔物理学奖。在20世纪80年代中期于加州大学伯克利分校从事博士后研究期间，德沃雷博士便帮助证实：量子力学（支配亚原子领域的物理法则）领域的奇特规律，同样存在于肉眼可见的宏观电路中。

这项发现不仅为如今的手机与光纤通信技术奠定了基石，更随着量子计算机的研发展现出深远前景。未来，量子计算机有望引领全新药物与疫苗的发现，甚至破解当前护卫全球信息安全的加密体系。

尽管量子计算仍处于实验阶段，但谷歌这款名为“量子回波”（Quantum Echoes）的新算法表明，科学家们正在快速研究相关技术，使量子计算机有望攻克传统计算设备永远无法解决的科学难题。

“量子回波”的核心思想与蝴蝶效应类似，即微小的初始扰动可能在复杂系统中引发显著后果，正如蝴蝶扇动翅膀可能最终引发远方风暴。研究人员在Willow芯片的103个量子比特系统中，成功实现了这一理念的量子版本。

在实验设计中，谷歌研究团队首先对量子比特施加精心设计的操作序列，以可控方式调控其量子态。随后，他们特意选取其中一个量子比特施加微扰，将其作为引发连锁反应的“量子蝴蝶”。紧接着，团队施加了与先前完全相同但时序完全逆转的操作序列，这一过程恰似将录像带倒带播放。最终，通过精确测量各量子比特的量子特性，研究人员成功解析出整个系统的完整信息。

“这是一项意义重大的技术进步，”加州大学洛杉矶分校物理科学与电子计算机工程教授普里内哈·纳兰评价道，“此前我们听闻了太多硬件领域的突破，我曾一度担忧算法发展会跟不上步伐。但他们的成果证明，这种担忧是多余的。”

谷歌在量子研究领域正与微软、IBM等科技巨头、众多初创公司、高等院校以及进展迅速的中国科研力量展开竞争。据悉，中国政府已为量子研究领域投入超过152亿美元。

在笔记本电脑或智能手机等传统计算设备中，硅芯片以“比特”为单位存储信息，每个比特非0即1。芯片通过操控这些比特（例如进行加减乘除运算）来执行计算。

量子计算机的工作方式则截然不同，甚至违背直觉。根据量子力学定律，一个微观物体可以同时处于两种状态。利用这种奇特现象，科学家构建出“量子比特”，它能同时表示0和1的叠加状态。这意味着，随着量子比特数量的增加，量子计算机的运算能力将呈指数级增长。

在20世纪80年代，德沃雷博士与约翰·M·马丁尼斯、约翰·克拉克共同证明了，量子力学的反直觉特性并不仅限于亚原子粒子。在可用于制造计算机芯片的电路中，同样观测到了这类现象。

“我们首次展示了可以用电路来构造‘人造原子’，”德沃雷博士说。

这项发现为“超导量子比特”奠定了基础，如今谷歌、IBM等公司的量子计算机均采用此项技术。其原理是将特定金属冷却至极低温度，使其表现出与亚原子粒子相似的量子行为。

目前的量子计算机仍因较高的错误率而受限。然而，近年来纠错技术的进步，让许多科学家相信，量子计算有望在2030年前真正兑现其巨大潜力。

谷歌去年曾宣布，其量子计算机在一项旨在衡量技术进展的测试中，用时不足五分钟便完成了一项极其复杂的数学运算。若换作全球最强大的非量子超级计算机，完成同一任务将需要102⁶年——这个时间长度远超宇宙当前年龄的数万亿倍。

这个被称为“量子霸权”的里程碑证明，尽管当时所执行的计算本身并无实际用途，但该技术已开始突破经典计算的极限。

谷歌及其众多竞争者仍在朝着下一个目标努力：即在执行化学、AI等领域的实际重要任务时，量子计算机能够超越经典计算机的可能。

“要真正释放量子计算的潜力，我们需要做到的是，发现一种唯有通过量子计算机才能研制出的全新药物，”加州大学洛杉矶分校的纳兰博士强调，“到那时，我们才能说所有的投入都是值得的。”

谷歌的新算法正是迈向该目标的一步。在同期发布于预印本网站arXiv上的另一篇论文中，谷歌展示了该算法如何助力改进核磁共振技术——一种用于解析微观分子结构及其相互作用的关键技术。

核磁共振技术是研发新药和制造从汽车到建筑所需新材料的重要组成部分。专攻NMR技术并与谷歌研究人员合作完成该论文的伯克利化学助理教授阿肖克·阿乔伊表示，此举有助于理解阿尔茨海默病等疾病的机理，甚至推动全新金属材料的创造。

“这彰显了量子计算机的潜力，”他表示，“虽然这一切才刚刚起步，但其前景确实令人振奋。”

时间: 2025-10-27 15:49

作者: coffee198375 标题: 谷歌宣布重大算法突破

想象一下，你正在海底寻找一艘失踪的船只。声呐会给你显示一个模糊轮廓，表明那里有一艘沉船。如果有新技术不仅能找到沉船，还能读出船体上的铭牌，该是多大的进步？

“这就是我们实现的最新重大算法突破。”美国谷歌量子人工智能实验室研究团队22日在英国《自然》杂志上发表论文宣布，通过运行突破性的“量子回声”算法取得了首个“可验证的量子优势”，这标志着“（量子计算）朝着首个实际应用迈出了重要一步”，并认为这一突破为量子计算机在未来5年内实际应用铺平了道路。

这项突破性成果“可用于了解从分子到磁体再到黑洞等自然界系统结构”，引发了广泛关注。但一些研究人员对谷歌公司再次宣称的量子优势，以及未来数年内即可实际应用的前景持审慎态度。

量子优势又称“量子优越性”，通常指量子计算不仅在理论上具备更快的运算速度，而且在解决具有经济或科学价值的实际问题中展现出超越传统计算机的性能。

这并非谷歌首次宣称实现量子优势。2019年10月，谷歌团队在《自然》杂志上宣布，他们研制出一个包含53个有效量子比特的处理器“西克莫”，它在测试中仅用约200秒就完成当时全球最好的超级计算机需要约1万年才能完成的计算任务。

2024年12月，谷歌宣布研发出运算能力超强、适用量子计算机的“威洛”芯片，宣称这种芯片只用5分钟即可完成现有运行速度最快计算机要10尧（10的25次方）年才能完成的任务。此外，“威洛”芯片还有突出的纠错能力，为研制“实用的大规模量子计算机”铺平了道路。

但量子计算领域对此仍存疑问：除了能解决数学难题之外，量子计算机是只能在实验室内演示，还是真的具备产生“杀手级应用”的潜力？

谷歌研究团队说，新突破的核心价值首先在于运行速度更快：“量子回声”算法在“威洛”芯片上的运行速度比世界上最快的超级计算机之一——美国“前沿”计算机上运行的最佳经典算法快约1.3万倍。其次，这种算法具有可验证性，意味着可在同等水平的量子计算机上得到相同答案，从而确认结果的准确性，这为可扩展验证打下基础，使量子计算更接近实用化。

谷歌研究团队与美国加利福尼亚大学伯克利分校合作演示的一个应用场景是拓展核磁共振技术的潜力，以获得更多关于分子结构的信息，相关原理验证的实验过程已发布在预印本网站arXiv上。研究团队表示，正如望远镜和显微镜让人们看到此前未知的世界，这项实验展示了“量子镜”的潜力，能帮助研究人员观测从前无法看到的自然现象。

研究团队说，量子计算增强的核磁共振技术未来有望在药物研发中发挥作用，用于研究药物与靶点的结合机制；也可在材料科学领域用于分析新型材料（如聚合物、电池组件或量子芯片材料）的分子结构等。

“5年内，我们就能看到只有量子计算机才可能实现的实际应用。”谷歌量子人工智能实验室负责人哈特穆特·内文在发布会上乐观预测。

不过，一些研究人员对谷歌宣布的“突破性进展”持审慎态度，认为这么快就承诺实际应用还为时过早。美国纽约大学量子物理学家德莱斯·泽尔斯说，举证的任务还很重，尽管这篇论文“认真”测试了多种经典算法，但还不能证明不存在更高效的经典算法。“我个人认为，这不足以做出如此大胆的宣言。”

美国达特茅斯学院量子物理学家詹姆斯·惠特菲尔德也表示，这项技术进步令人印象深刻，但认为它能立刻解决一些具有经济可行性的问题“有点牵强”。

科技的进步从来都是漫长的历程。自诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼1981年首次提出量子计算机构想以来，各国科学家在量子计算领域不断取得重大突破，但研发出具有实用性的通用量子计算机，恐怕仍有不短的路要走。