Google實現全球首個「可驗證量子霸權」，新演算法速度超越超級電腦1.3萬倍
Google Quantum AI團隊稍早宣布一項重大突破，其新一代「Willow」量子晶片已成功運行名為「Quantum Echoes」 (量子回聲)的全新演算法，實現全球首個「可驗證量子霸權」。
Google強調，此演算法在Willow晶片上的運行速度，比目前全球最快的古典超級電腦高出約13000倍，意味著量子運算首次能以實證方式、在特定演算法上超越傳統運算極限，被視為量子電腦邁向實際應用的重要里程碑。
奠基於2025諾貝爾獎得主Michel Devoret研究
值得注意的是，此次的突破性技術，其理論基礎與硬體根基，與剛獲得2025年諾貝爾物理學獎的研究成果緊密相關。
該獎項得主之一的Michel Devoret，目前是Google Quantum AI的量子硬體首席科學家 (Chief Scientist, Quantum Hardware)，同時也是耶魯大學應用物理學教授。
Google指出，Michel Devoret教授與另兩位共同獲獎者John Martinis (Google Quantum AI前硬體負責人)、John Clarke，在1980年代開創性的「超導量子電路」研究中，證明了巨觀尺度下的量子效應是可被控制與測量的。他們利用「約瑟夫森接面」 (Josephson Junction) 所打造的超導電路，更是Google目前Willow晶片中「超導量子位元」 (superconducting qubits)的技術基礎。
Google Quantum AI創辦人Hartmut Neven表示：「Quantum Echoes不僅展現了硬體性能的飛躍，更證明了像Michel Devoret這類基礎研究的重要性，而正是這些理論成果，讓量子技術真正走向實際應用。」
「Quantum Echoes」：利用「時間反演」聽取量子回聲
根據Google發表於《自然》 (Nature)期刊的研究，「Quantum Echoes」演算法的核心技術，是在Willow晶片上執行一個名為「out-of-order time correlator」 (OTOC,無序時間關聯器)的演算法。
Google研究科學家Vadim Smelyanskiy解釋，此技術如同一個先進的「聲納」。研究人員會向Willow晶片上的量子系統輸入一個精密信號，接著「反轉」其演化過程，再「聽取」回傳的「量子回聲」，藉此分析訊號的細微變化。
Google解釋，這種回聲會透過「建設性干涉」 (constructive interference)現象被放大，使其測量極為靈敏。此機制能精確揭示量子狀態的演化過程，從而描述自然系統中粒子或分子的內部結構。
達成「可驗證」優勢，模擬分子結構如「看清船身名稱」
Google強調，此次成果與2019年展示的「量子霸權」最大不同點，在於「可驗證性」 (verifiable)。
2019年的隨機電路採樣 (RCS) ，僅證明量子電腦能完成超級電腦無法完成的「特定任務」。而此次的「Quantum Echoes」則是一個具有實際物理意義的演算法，其結果不僅可重複驗證，也能被其他同等級的量子電腦交叉比對，是邁向實用工具的基礎。
Google形容，過去使用聲納探測海底沉船，可能只得到「那裡有東西」的模糊影像；而「Quantum Echoes」技術，則猶如讓科學家能「直接看清船身上的名稱銘牌」。
在與加州大學柏克萊分校的合作實驗中，團隊利用此演算法成功模擬了含15個與28個原子的分子結構，其結果不僅與傳統的核磁共振 (NMR)實驗一致，更呈現了過往難以觀測的分子細節。
Willow晶片的高穩定性是關鍵
此次成果的硬體關鍵，在於Willow晶片的低錯誤率與高穩定性。Google Quantum AI硬體總監Yu Chen指出，Willow晶片在其105個量子位元陣列中，單量子位元閘保真度達99.97%、糾纏閘保真度達99.88%，同時運行速度極快。
此演算法在Willow晶片上運行的精密性與複雜性極高，Google表示此次專案中執行的測量次數高達一兆次，佔據了史上所有量子電腦執行測量總和的很大一部分。
Google表示，此技術未來可應用於藥物研發、材料科學，乃至量子材料設計等領域。而Google目前正推進其硬體發展藍圖，下一階段目標 (Milestone 3)將是實現長壽命、具備糾錯能力的「邏輯量子位元」 (logical qubit)。
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