12月10日,，谷歌通過(guò)官方博客宣布，其最新的量子計(jì)算芯片“Willow”得了兩項(xiàng)重大成就：

1,、Willow可以在使用更多量子比特（擁有105個(gè)物理量子比特）的情況下,，成倍地減少錯(cuò)誤，破解了近30年來(lái)一直在研究的量子糾錯(cuò)挑戰(zhàn),。

2,、Willow可以在不到5分鐘內(nèi)完成一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)計(jì)算，而當(dāng)今最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)要完成這一計(jì)算需要10^25（10000000000000000000000000）年的時(shí)間,，這一時(shí)間比宇宙的年齡還長(zhǎng),。

谷歌量子 AI 實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人哈特穆特·內(nèi)文（Hartmut Neven）稱(chēng)，“當(dāng)我在2012年創(chuàng)立谷歌量子人工智能時(shí),，我的愿景是建立一個(gè)有用的大規(guī)模量子計(jì)算機(jī),，可以利用量子力學(xué)——我們今天所知道的自然界的“操作系統(tǒng)”——通過(guò)推進(jìn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)、開(kāi)發(fā)有用的應(yīng)用程序和應(yīng)對(duì)一些社會(huì)最大的挑戰(zhàn)來(lái)造福社會(huì),。Willow芯片的推出,，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵的技術(shù)突破，使我們朝著商業(yè)相關(guān)應(yīng)用的方向邁出了重要的一步,?！?/p>

不過(guò)，哈特穆特·內(nèi)文也承認(rèn),，能夠?qū)嶋H應(yīng)用于商業(yè)場(chǎng)景的量子計(jì)算機(jī)在2030年之前可能不會(huì)出現(xiàn),。

△谷歌量子硬件總監(jiān) Julian Kelly 通過(guò)視頻介紹 Willow 及其突破性成就

對(duì)于谷歌Willow芯片所取得的成就，特斯拉,、X,、SpaceX CEO馬斯克以及OpenAI CEO山姆·阿爾特曼都表示了祝賀。

馬斯克甚至還積極響應(yīng)谷歌CEO Sundar Pichai有關(guān)要通過(guò)SpaceX星艦（Starship）在太空建立一個(gè)量子簇（quantum cluster）的計(jì)劃,，表示這大概真的會(huì)發(fā)生,。

馬斯克推文指出，人類(lèi)若自詡高度文明,，勢(shì)必要走向“卡爾達(dá)肖夫指數(shù)II型（Kardashev Type II）,，當(dāng)前人類(lèi)世界仍處于卡爾達(dá)肖夫指數(shù)I型，且完成度恐低于5%,，為達(dá)30%左右的程度,，在所有沙漠與高度干旱的地區(qū)鋪置太陽(yáng)能板是必要的措施,，唯有如此,，才能因應(yīng)超級(jí)運(yùn)算所帶來(lái)的高耗能,，并同時(shí)兼顧綠能環(huán)保。

然而,，谷歌Willow量子計(jì)算芯片的突破,，卻嚇壞了眾多比特幣等加密貨幣投資者。

指數(shù)級(jí)的提升量子糾錯(cuò)能力

錯(cuò)誤是量子計(jì)算中最大的挑戰(zhàn)之一,，因?yàn)榱孔颖忍兀孔佑?jì)算機(jī)中的計(jì)算單位）傾向于與環(huán)境快速交換信息,，這使得很難保護(hù)完成計(jì)算所需的信息。通常,，你使用的量子位越多,，發(fā)生的錯(cuò)誤就越多。

然而,，Willow量子芯片實(shí)現(xiàn)了使用的量子位越多,，減少的錯(cuò)誤就越多，系統(tǒng)可用的量子就越多的驚人成就,。

谷歌測(cè)試了越來(lái)越大的物理量子位陣列,，從3x3編碼量子位的網(wǎng)格擴(kuò)展到5x5的網(wǎng)格，再到7x7的網(wǎng)格,。每次的擴(kuò)展,，谷歌都能在量子糾錯(cuò)方面取得最新進(jìn)展，即都能將錯(cuò)誤率減半,。

換句話(huà)說(shuō),，谷歌實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)誤率的指數(shù)級(jí)下降。這一歷史性成就在該領(lǐng)域被稱(chēng)為“低于閾值”——能夠在減少錯(cuò)誤的同時(shí)擴(kuò)大量子比特的數(shù)量,。你必須證明自己低于閾值,，才能在糾錯(cuò)方面取得真正的進(jìn)展，自1995年P(guān)eter Shor引入量子糾錯(cuò)以來(lái),，這一直是一個(gè)突出的挑戰(zhàn),。

這一成就還涉及其他科學(xué)“第一”。例如,，這也是超導(dǎo)量子系統(tǒng)上實(shí)時(shí)糾錯(cuò)的第一個(gè)引人注目的例子之一,，這對(duì)任何有用的計(jì)算都至關(guān)重要，因?yàn)槿绻悴荒茏銐蚩斓丶m正錯(cuò)誤,，它們會(huì)在計(jì)算完成之前破壞你的計(jì)算結(jié)果,。這是一個(gè)“超越盈虧平衡”的演示，谷歌的量子比特陣列的壽命比單個(gè)物理量子比特的壽命更長(zhǎng),，這是糾錯(cuò)正在改善整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)不可忽視的跡象,。

作為第一個(gè)低于閾值的系統(tǒng)，這是迄今為止構(gòu)建的可擴(kuò)展邏輯量子比特最令人信服的原型。這是一個(gè)強(qiáng)有力的跡象,，表明確實(shí)可以建造有用的,、非常大的量子計(jì)算機(jī)。Willow使我們更接近于運(yùn)行實(shí)用的,、商業(yè)上相關(guān)的算法,，這些算法無(wú)法在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上復(fù)制。

5分鐘完成經(jīng)典超算100億兆年的計(jì)算量

作為Willow性能的衡量標(biāo)準(zhǔn),，谷歌使用了隨機(jī)電路采樣（RCS）基準(zhǔn),。RCS現(xiàn)在也被廣泛用作該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)今量子計(jì)算機(jī)上可以完成的經(jīng)典的最難的基準(zhǔn),。

你可以把這看作是量子計(jì)算的切入點(diǎn)——它檢查量子計(jì)算機(jī)是否在做經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法完成的事情,。任何構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的團(tuán)隊(duì)都應(yīng)該首先檢查它是否能在RCS上擊敗經(jīng)典計(jì)算機(jī)。否則,，人們有充分的理由懷疑它能否解決更復(fù)雜的量子任務(wù),。谷歌一直使用這一基準(zhǔn)來(lái)評(píng)估從一代芯片到下一代芯片的進(jìn)展。

Willow在這個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試中的表現(xiàn)令人驚訝：它在不到五分鐘的時(shí)間內(nèi)完成了一次計(jì)算,，這將需要當(dāng)今最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)則需要10^25（10000000000000000000000000）年,，這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了宇宙的年齡。

如下圖所示,，Willow的這些最新測(cè)試結(jié)果是也迄今為止表現(xiàn)最好的,，谷歌表示還將會(huì)繼續(xù)取得進(jìn)展。

△計(jì)算成本深受可用內(nèi)存的影響,。因此,，谷歌的估計(jì)考慮了一系列場(chǎng)景，從具有無(wú)限內(nèi)存的理想情況（▲）到GPU上更實(shí)用,、更尷尬的并行化實(shí)現(xiàn)（?）,。

谷歌對(duì)Willow如何超越世界上最強(qiáng)大的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)之一Frontier的評(píng)估是基于保守的假設(shè)。例如,，可以完全訪(fǎng)問(wèn)輔助存儲(chǔ),，即硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，而不會(huì)產(chǎn)生任何帶寬開(kāi)銷(xiāo)——這對(duì)Frontier來(lái)說(shuō)是一個(gè)慷慨而不切實(shí)際的允許,。當(dāng)然,，正如谷歌在2019年宣布第一個(gè)超越經(jīng)典計(jì)算之后所發(fā)生的那樣，谷歌預(yù)計(jì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)將在這個(gè)基準(zhǔn)上不斷改進(jìn),，但快速增長(zhǎng)的差距表明,，量子處理器正在以雙指數(shù)的速度剝離，隨著量子比特?cái)?shù)量的擴(kuò)大,，它將繼續(xù)大大優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算機(jī),。

最先進(jìn)的量子計(jì)算芯片

Willow是在谷歌位于美國(guó)圣巴巴拉的最先進(jìn)的新制造工廠(chǎng)制造的,，這是世界上為數(shù)不多的為此目的從頭開(kāi)始建造的工廠(chǎng)之一。系統(tǒng)工程是設(shè)計(jì)和制造量子芯片的關(guān)鍵：芯片的所有組件,，如單量子比特門(mén)和雙量子比特門(mén),、量子比特復(fù)位和讀出，都必須同時(shí)進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)和集成,。如果任何組件延遲或兩個(gè)組件不能很好地協(xié)同工作，則會(huì)降低系統(tǒng)性能,。

因此,，最大化系統(tǒng)性能為谷歌的工藝的各個(gè)方面提供了信息，從芯片架構(gòu)和制造到柵極開(kāi)發(fā)和校準(zhǔn),。谷歌報(bào)告的成就是從整體上評(píng)估了量子計(jì)算系統(tǒng),，而不僅僅是一次評(píng)估一個(gè)因素。

谷歌更為關(guān)注的是質(zhì)量,，而不僅僅是數(shù)量——因?yàn)槿绻孔颖忍氐馁|(zhì)量不夠高,，僅僅生產(chǎn)更多的量子比特是沒(méi)有幫助的。

憑借出色的低錯(cuò)誤率和105個(gè)量子比特,，Willow現(xiàn)在在上述兩個(gè)系統(tǒng)基準(zhǔn)測(cè)試中具有同類(lèi)最佳的性能：量子糾錯(cuò)和隨機(jī)電路采樣,。這種算法基準(zhǔn)測(cè)試是衡量整體芯片性能的最佳方法。

其他更具體的績(jī)效指標(biāo)也很重要,；例如,，Willow的T1時(shí)間（衡量量子比特可以保持激發(fā)多長(zhǎng)時(shí)間）——關(guān)鍵的量子計(jì)算資源——現(xiàn)在接近100微秒。這比谷歌上一代量子芯片提高了約5倍,，令人印象深刻,。

如果你想評(píng)估量子硬件并跨平臺(tái)進(jìn)行比較，下面這里有一個(gè)關(guān)鍵規(guī)格表：

△Willow在多個(gè)指標(biāo)上的表現(xiàn)

谷歌Willow和其量子計(jì)算廠(chǎng)商的下一步是什么,？

量子計(jì)算領(lǐng)域的下一個(gè)挑戰(zhàn),，是在當(dāng)今的量子芯片上展示與現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用相關(guān)的第一個(gè)“有用的、超越經(jīng)典的”計(jì)算,。谷歌樂(lè)觀(guān)地認(rèn)為,，Willow一代芯片可以幫助我們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

到目前為止,，已經(jīng)有兩種不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn),。一方面，谷歌運(yùn)行了RCS基準(zhǔn)測(cè)試,，該測(cè)試針對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)衡量性能,，但沒(méi)有已知的實(shí)際應(yīng)用。另一方面,，谷歌對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行了科學(xué)上有趣的模擬,，這導(dǎo)致了新的科學(xué)發(fā)現(xiàn),，但仍然在經(jīng)典計(jì)算機(jī)的范圍內(nèi)。谷歌的目標(biāo)是同時(shí)做到這兩點(diǎn)——進(jìn)入經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法企及的算法領(lǐng)域,，這些算法可用于解決現(xiàn)實(shí)世界中與商業(yè)相關(guān)的問(wèn)題,。

△隨機(jī)電路采樣（RCS）雖然對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)極具挑戰(zhàn)性，但尚未展示出實(shí)際的商業(yè)應(yīng)用,。

谷歌希望邀請(qǐng)研究人員,、工程師和開(kāi)發(fā)人員加入其旅程，查看其開(kāi)源軟件和教育資源,，包括在Coursera上的新課程,，開(kāi)發(fā)人員可以在那里學(xué)習(xí)量子糾錯(cuò)的要領(lǐng)，并幫助我們創(chuàng)建可以解決未來(lái)問(wèn)題的算法,。

“我的同事有時(shí)會(huì)問(wèn)我,，為什么我離開(kāi)了新興的人工智能領(lǐng)域，專(zhuān)注于量子計(jì)算,。我的答案是,，兩者都將被證明是我們這個(gè)時(shí)代最具變革性的技術(shù)，但先進(jìn)的人工智能將從量子計(jì)算中受益匪淺,。這就是為什么我把我們的實(shí)驗(yàn)室命名為量子人工智能,。量子算法有基本的縮放定律，正如我們?cè)赗CS中看到的那樣,。對(duì)于許多對(duì)人工智能至關(guān)重要的基礎(chǔ)計(jì)算任務(wù)來(lái)說(shuō),，也有類(lèi)似的縮放優(yōu)勢(shì)?！?/p>

哈特穆特·內(nèi)文表示：“因此,，量子計(jì)算對(duì)于收集經(jīng)典機(jī)器無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)、訓(xùn)練和優(yōu)化某些學(xué)習(xí)架構(gòu),，以及在量子效應(yīng)很重要的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模都是不可或缺的,。這包括幫助我們發(fā)現(xiàn)新藥，為電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)更高效的電池,，以及加快聚變和新能源替代品的進(jìn)展,。許多未來(lái)改變游戲規(guī)則的應(yīng)用程序在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上是不可行的。它們正等待著用量子計(jì)算解鎖,?！?/p>

加密貨幣將被破解？

目前,，加密貨幣的安全性依賴(lài)于密碼學(xué)中的數(shù)學(xué)難題,，例如橢圓曲線(xiàn)加密和RSA加密。這些算法基于當(dāng)前計(jì)算能力無(wú)法在合理時(shí)間內(nèi)被破解的假設(shè),。然而,，量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)顛覆了這種假設(shè),。

量子計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)行一種稱(chēng)為“Shor算法”的量子算法，該算法專(zhuān)門(mén)用于破解基于大數(shù)分解的加密技術(shù),。換句話(huà)說(shuō),，廣泛應(yīng)用于加密貨幣領(lǐng)域的RSA和橢圓曲線(xiàn)加密（ECC）在量子計(jì)算機(jī)面前可能會(huì)變得脆弱不堪，這兩種算法是目前許多數(shù)字資產(chǎn)和在線(xiàn)交易平臺(tái)的核心安全機(jī)制,，保障了用戶(hù)信息的安全性,。

一旦量子計(jì)算機(jī)達(dá)到足夠的計(jì)算能力，它們將能夠快速破解現(xiàn)有的加密貨幣系統(tǒng),，獲取用戶(hù)的私鑰并控制其資產(chǎn),。這意味著，一旦量子計(jì)算機(jī)技術(shù)成熟,，現(xiàn)有的加密貨幣網(wǎng)絡(luò)將面臨崩潰的風(fēng)險(xiǎn),，用戶(hù)的資產(chǎn)也將不再安全,。

對(duì)于谷歌Willow量子計(jì)算芯片的突破,，一時(shí)間也嚇壞了比特幣等加密貨幣投資者。

當(dāng)日比特幣從10萬(wàn)美元一度跌到94150美元,，最大跌幅6.25%,。根據(jù)Coinglass數(shù)據(jù)顯示，過(guò)去24小時(shí)共有58.3萬(wàn)人爆倉(cāng),。除比特幣外,，其他加密貨幣也出現(xiàn)大跌，其中多只跌幅超10%,。

然而,，破解比特幣的加密并非易事。根據(jù)嚴(yán)肅的估計(jì),，量子計(jì)算機(jī)需要多達(dá)1,500個(gè)量子比特連續(xù)工作15到20年才能破解加密貨幣的加密,。而目前谷歌Willow 芯片僅有105個(gè)量子比特。當(dāng)然如果谷歌可以將量子比特?cái)?shù)量進(jìn)一步的擴(kuò)展,，并且使得量子糾錯(cuò)能力能夠保持現(xiàn)有水平,，那么破解加密貨幣可能只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題。

支付平臺(tái)Lightspark首席執(zhí)行官大衛(wèi)·馬庫(kù)斯(David Marcus)表示,，他認(rèn)為大多數(shù)人并沒(méi)有“完全理解”谷歌這一突破的意義,。他稱(chēng)，這意味著“后量子密碼學(xué)和加密技術(shù)需要加速發(fā)展”,。

以太坊聯(lián)合創(chuàng)始人Vitalik Buterin此前曾表示,，即使量子計(jì)算獲得突破，加密貨幣通過(guò)硬分叉就可以在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題,，用戶(hù)通過(guò)下載新的錢(qián)包軟件,，可以應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題,。但是，對(duì)于那些休眠錢(qián)包來(lái)說(shuō),，將會(huì)面臨巨大威脅,。