谷歌最新研究登上《Nature》：時隔5年，量子計算再度取得重大突破

最近，谷歌在量子計算領域再次取得重大突破，其研究成果發表於《Nature》。5年前谷歌曾宣稱實現“量子霸權”，但隨後受到質疑。如今，在隨機電路採樣（RCS）實驗中，谷歌又有新進展。

谷歌使用Sycamore量子計算機運行RCS算法，本質是生成隨機值序列。研究發現，當Sycamore在高噪聲干擾下，其結果可被經典超算“模擬”，但當噪聲降低到閾值以下，模擬變得無法實現，即使最快的經典超算預估也需 10,000年才能完成相同任務。與2019年相比，在相同保真度下，電路體積增加一倍，這意味着谷歌量子計算機能處理更復雜任務且保持準確度，是朝着量子計算機實際應用邁出的重要一步。

2019年，谷歌宣稱其量子計算機可以運行RCS算法，並取得量子霸權，當時其量子計算機在僅200秒內運行了RCS算法，而經典超算被宣稱需要1萬年才能完成53量子比特計算機的相同任務。然而，這一說法隨後受到業界質疑，IBM研究人員表示超算實際上在幾天內便可完成該項任務，陸朝陽團隊在2024年6月更是僅用一分鐘就完成了這個結果的仿真。

量子計算自上世紀80年代被構想以來，一直備受關注。過去5年，各大廠都在攻克量子計算機的噪聲問題。谷歌此次研究揭示了兩種相變，它們支配着量子計算機隨噪聲強度和量子比特數量變化的行爲。通過研究RCS，谷歌確定了量子計算機在哪些方面可能超越經典超算，即使存在噪聲。

RCS基準測試對量子計算至關重要，它提出了對經典超算難以處理的任務，能全面評估量子電路體積，是衡量量子計算機性能的重要指標。谷歌還驗證了RCS的保真度，其電路體積不僅翻倍，保真度也與2019年相當，朝着容錯量子計算邁出重要一步。

儘管谷歌取得了進展，但量子計算機目前仍無法取代經典超算，如Sycamore無法執行普通計算機的典型操作。不過，量子計算機和經典計算機的競爭將持續激勵研究人員構建更大、更高質量的量子計算機，而谷歌的此次突破爲量子計算在各領域的應用奠定了基礎。