导语：量子纠错阈值是科学家们三十年来一直试图破解的问题。

量子计较机赛道里，挤满了巨头及草创公司。因为量子计较机可以履行事情负载，解决现阶段纵然是最强盛的计较机都没法解决的问题，是以于全世界规模内，量子计较市场正高速增加，数十亿美元流入这个范畴。

因为这项技能尚处在初期阶段，量子计较带来的收入仍旧比支出少许多倍，并且真实的量子计较机什么时候呈现仍旧存于争议。构建量子计较机面对很多难题，此中一个要害因素是「量子纠错」。

量子比特是量子计较的基本运算单位，即量子体系的构成部门，它对于温度颠簸、电磁辐射及振动等一系列外界滋扰都很是敏感。而量子纠错作为掩护量子比特不受过错影响的一系列技能，对于在确保量子计较的正确性至关主要。

位在加州圣巴巴拉的google量子人工智能试验室的研究职员暗示，他们已经经解决了量子体系纠错的一个要害挑战，这是科学家们三十年来一直试图破解的问题。于一个体系中利用的量子比特越多，过错就会越多，而量子计较的成长需要满意的另外一个须要前提是体系扩大的能力，但过错与量子比特数目成正比无疑对于体系的扩大造成为了拦阻。

google试验室的研究科学家Michael Newman暗示，纠错需要将很多物理量子比特堆积到一路，让它们协同事情，从而形成一个逻辑量子比特以实现量子纠错。

Newman于一次视频采访中告诉记者及阐发师：“咱们但愿，跟着这些量子比特的调集愈来愈年夜，纠错的次数愈来愈多，实现量子比特愈来愈正确。问题是，跟着量子比特的调集变患上愈来愈年夜，也会有更多的过错呈现，以是咱们需要充足好的装备，如许当咱们把调集做年夜时，纠错才可以降服这些分外过错。”

20世纪90年月，「量子纠错阈值」观点被提出，其设法是假如量子比特充足好，那末跟着体系变患上更年夜，这些物理量子比特组也能够变年夜，并且不会呈现分外过错。google暗示，这是一个三十年的方针，直到此刻还有没有实现。

本周于《天然》杂志上，google先容了最新的量子芯片Willow，其前身是google旗下的Sycamore量子处置惩罚器。于利用72量子比特及105量子比特的Willow处置惩罚器试验中，google的研究职员测试了愈来愈年夜的物理量子位阵列，即逻辑量子比特，这些阵列巨细从3×三、5×5到7×7不等，每一次逻辑量子位的尺寸增长，都能实现过错率「不增反降」。

Newman称：“每一次咱们增长逻辑量子比特，或者者举行差异化分组，从3×三、5×5再到7×7的物理量子位阵列，过错率都没有上升，并且它现实上一直于降落。咱们每一一次增长尺寸，城市使过错率降落两倍。”

google的量子硬件主管Julian Kelly称纠错是“量子计较机的最终游戏”，并增补到：“要明确的是，假如你没有低在阈值，那末举行量子纠错真的没成心义，低在阈值是使这项技能成为实际的要害因素。”

于《天然》的研究论文中，研究职员写道：“虽然很多平台已经经展示了量子纠错的差别特性，但没有一个量子处置惩罚器明确显示出低在阈值的机能。”他们增补说，量子计较容错需要的不仅是原始机能，还有需要跟着时间的推移连结不变性，消弭诸如走漏之类的过错来历，并提高传统处置惩罚器的机能。而超导量子比特的操作时间从几十纳秒到几百纳秒不等，这于速率上提供了上风，但也对于快速正确地解码过错提出了挑战。

Kelly于发布会上称，Willow纠错能力晋升的要害是芯片中改良的量子比特，她说：“Willow集成为了Sycamore的所有长处，于此基础上有了更好且更多的量子比特。”

于《天然》杂志的论文中，研究职员指出了Willow带来的晋升，如T1（权衡量子比特连结引发态的时间）及T2的改良，他们将其归因在更好的制造技能、比率工程及电路参数优化。研究职员还有留意到Willow于解码方面的改良，其利用了两种离线高精度解码器。

Kelly增补说，此前的Sycamore是于加州年夜学圣巴巴拉分校的一间同享干净室里研发的，而制作本身的试验室为google的研究职员提供了更多的东西及更强的能力，Willow就是于google本身的试验室里研发的，试验室内从头设计的内部电路有助在改善T1及比率工程。

除了了纠错功效，google研究职员还有利用随电机路采样（RCS）基准测试了Willow的机能， RCS是当前量子计较机可以完成的最难的基准测试。google量籽实验室开创人兼卖力人Hartmut Neven于公布推出这款芯片时说，经由过程基准测试可以确定量子体系是否于做经典计较机做不到的工作。

2019年，经由过程RCS基准测试显示，最快的传统计较机也需要一万年才能完成Sycamore所能完成的事情。而Willow呈现后，其于五分钟内完成的计较将需要橡树岭国度试验室中拥有1.68exaflops机能的超等计较机泯灭10²⁵年才能完成。

Kelly称：“Willow机能跃升的要害不仅于在基在Sycamore举行改良，更主要的是它的事情集成为了所有部件。量子比特自己的质量必需充足好，纠错才能启动，而咱们的纠错演示注解，于集成体系层面，一切都能同时事情。从量子比特数目、T1到双量子比特过错率，一切都于同时起作用，而协作恰是这项挑战持久以来难以霸占的缘故原由之一。”

Neven称："芯片的所有组件，如单量子比特门及双量子比特门、复位比特及读出比特，都必需同时精心设计及集成。假如任何组件掉队或者两个组件不克不及很好地协同事情，城市拖累体系总体机能。是以，从芯片架谈判制造到栅极开发及校准，最年夜限度地提高体系性贯串在咱们流程的各个方面。Willow的冲破是对于量子计较体系的总体评估，而不局限在评估一个因素。”

试验室主任兼首席运营官Charina Chou于发布会上说，虽然迄今为止的量子发明使人高兴，但这些结果还有是可以用传统计较机来完成。是以，咱们面对的下一个挑战是：量子计较可否揭示出完全倾覆传统计较机的机能？还有没有人于中型量子计较（NISQ，指有50-100量子比特的范围）时代展示过如许的结果。

这是包括亚马逊、微软、IBM及浩繁草创公司于内的其他厂商也于寻求的方针，google但愿Willow是实现这一方针的「要害一跃」。

本文由雷峰网(公家号：雷峰网)编译自：https://www.nextplatform.com/2024/12/09/谷歌-claims-quantum-error-correction-milestone-with-willow-chip/

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