Google 的 Willow 量子芯片在不到 5 分钟内完成基准测试

Google Quantum AI 于 2024 年 12 月 9 日宣布，其 105 量子比特 Willow 处理器在不到五分钟内完成了随机电路采样基准计算——这项任务若由 Frontier（全球最快的经典超级计算机之一）完成，预计需要 10 的 25 次方年（即 10 后跟 25 个零）。这一成就源于量子纠错领域的突破，该领域一直面临最棘手的技术挑战之一。Google CEO Sundar Pichai 于 2025 年 2 月表示，尽管取得了这一里程碑，但实用且有用的量子计算机仍需 5 至 10 年才能问世。相关结果与公告同时发表于经过同行评审的 Nature 论文中。

Willow 处理器完成随机电路采样基准测试

随机电路采样这一基准任务专门用于测试量子处理器与经典机器的性能。Google 团队于 2024 年 12 月 9 日公布了 Willow 的结果。这款 105 量子比特的超导芯片在不到五分钟内完成了计算，而在 Google 所称的保守假设下，同一任务预计需要 Frontier 10 的 25 次方年。

Google 在量子纠错方面取得突破

Willow 突破了量子纠错领域的一道关键障碍。通过将码距从 5 提高到 7——码距是衡量保护每个逻辑量子比特所需物理量子比特数量的指标——Google 团队将逻辑错误率降低了约 2.14 倍。这标志着人类首次在码距为 5 和 7 时都成功将性能维持在曲面码阈值以下。Willow 的码距为 7 的逻辑存储器寿命是其最佳单个物理量子比特寿命的 2.4 倍。

Willow 与 2019 年 Sycamore 处理器的性能对比

Google 的 53 量子比特 Sycamore 处理器于 2019 年展示了量子霸权，完成了一项经典超级计算机需要数千年才能完成的计算。Willow 将这一性能差距从数千年扩大到了 10 的 25 次方年。Google Quantum AI 的创始人兼负责人 Hartmut Neven 监督了 Sycamore 和 Willow 两项工作。

Sundar Pichai 表示时间线为 5 至 10 年

Pichai 于 2025 年 2 月发表的言论通过将量子计算与人工智能的发展进行比较，为量子计算的发展轨迹提供了背景。Pichai 指出，人工智能研究历经数十年，随后深度学习在 2010 年代初加速发展，并表示量子计算正处于类似的转折点。他表示，实用且有用的量子计算机仍需 5 至 10 年才能问世。

对密码学的影响及后量子标准

现代加密依赖于经典计算机无法高效解决的数学问题。一台足够强大且经过纠错的量子计算机理论上可以破解 RSA 和椭圆曲线密码学等广泛使用的加密方案。Willow 尚不具备这一能力。美国国家标准与技术研究院一直在开发抗量子算法，其中数种算法已于 2024 年完成定稿。

常见问题

Google 的 Willow 量子芯片于 2024 年 12 月 9 日完成了什么？

Google 的 Willow 处理器在不到五分钟内完成了随机电路采样基准计算，而这项任务若由全球最快的经典超级计算机之一 Frontier 完成，预计需要 10 的 25 次方年。这款 105 量子比特芯片在量子纠错方面取得了突破：将码距从 5 提高到 7 后，逻辑错误率降低了约 2.14 倍。

Sundar Pichai 何时表示实用量子计算机将会可用？

Sundar Pichai 于 2025 年 2 月表示，实用且有用的量子计算机仍需 5 至 10 年才能问世。他将量子计算目前所处的阶段与人工智能在深度学习于 2010 年代初加速发展之前经历的漫长发展时期进行了比较。

Willow 与 Google 之前的 Sycamore 量子处理器相比如何？

Google 的 Sycamore 处理器于 2019 年凭借 53 个量子比特展示了量子霸权，完成了一项经典超级计算机需要数千年才能完成的计算。拥有 105 个量子比特的 Willow 将这一性能差距从数千年扩大到了 10 的 25 次方年。两款处理器都由 Hartmut Neven 领导下的 Google Quantum AI 开发。