别被假新闻骗了！全球没有一台量子计算机，可以打败笔记本电脑？

落日航班

别被假新闻骗了！全球没有一台量子计算机，可以打败笔记本电脑？

一颗号称"5分钟顶超算10的25次方年"的量子芯片，真的能让家里那台笔记本电脑瞬间沦为废铁吗？如果答案是否定的，那铺天盖地的"逆天""颠覆""跨时代"，到底在颠覆什么？

2024年12月中旬，谷歌的量子芯片Willow一下子在全球爆火。典型的报道标题类似"谷歌Willow量子芯片逆天出世，5分钟颠覆10亿亿年计算机械，马斯克、奥特曼惊叹"，或者"谷歌发布跨时代量子芯片Willow，5分钟顶超算10的25次方年，马斯克、奥特曼点赞"。也有很多网友前来询问对此该怎么看。



对此的第一反应是：对量子计算机5分钟顶超算10的25次方年这件事心中毫无波澜。因为这是早已实现的一类成就，叫做实现量子优越性，即在某个数学问题上，量子计算机超越最强的经典计算机。

2019年，谷歌的超导量子计算机Sycamore第一次实现量子优越性，相应的数学问题叫做随机线路采样。

2020年，中国科学技术大学潘建伟团队的量子计算机九章，也用光学体系实现了量子优越性，相应的数学问题叫做高斯玻色采样。



2021年，潘建伟团队的超导量子计算机祖冲之二号也实现了量子优越性，数学问题同样是随机线路采样。

这类研究的核心成果，就是量子计算机处理某个数学问题的速度超过最强的超算好几个量级，比如几分钟对几亿年。

但这类研究也有一个核心的局限性，就是这种优势只适用于某些数学问题，而这些数学问题还没有现实的应用，它们纯粹是为了实现量子优越性而设计出来的，好比先射箭再画靶子。



量子计算机这个领域的一大基本状况，就是它目前还没有实用价值。它或者是对某些问题算得快，但这个问题本身尚无用处；或者是能处理一些有用的问题，但经典计算机对这些问题算得更快。

总之目前的量子计算机，没有一个是具有真正实用价值的。因此第一反应是，Willow只不过是把量子优越性的倍数进一步提高而已，并没有改变基本状况。

所以这只是个量的进步，不是质的进步。



顺便说一句，国内的报道中都没有翻译Willow这个词，大概是因为它有几个词义：柳树、球棒和纺织业中的Willow机，不知道该对应哪个。

其实既然谷歌的上一代超导量子计算机叫Sycamore（悬铃木），那么按照惯例，Willow应该指的是柳树，这个系列都以树木命名。正如IBM的超导量子计算机都以鸟类命名，鹰、鹰狗、鱼鹰、疏霏和屠咎、康导等等。

值得一提的是，IBM走的其实是与谷歌不同的路线，属于典型的规模优先。年底发布的Condor芯片搭载了1121个超导量子比特，单量子比特门保真度达到99.9%，双量子比特门保真度99.4%，相干时间提升至450毫秒。



这些数字看起来漂亮，但只要稍微算一下就会发现问题——一个需要1000次操作的算法，最终成功率只有37%，更麻烦的是，你根本不知道哪一次结果是对的。

然而稍微有点空以后，去搜了相应的原始报道，就发现了一件令人吃惊的事情。

谷歌团队的论文是12月9日在线发表在《自然》上的，它的标题叫做"低于表面码阈值的量子纠错"，并没有提计算能力的进步。



再看一下文章，更令人震惊的是，里面压根就没提"5分钟对10的25次方年"这件事，正文里提都没提。

那么这个消息是从哪里来的呢？再仔细找找，是出自谷歌的一个发布会——谷歌量子AI团队的领导人哈特穆特·尼文为此写了一篇报道。

也就是说，"5分钟对10的25次方年"这个说法其实是谷歌自称的，还没有经过同行的审稿确认。当然并不是说这个算力的进步一定是错的，只是说它并没有写在论文里，还需要一段时间来检验。



这里真正的重点是，谷歌自己和业内专家都认为，这项工作的关键是纠错，而不是算力进步。

赶快咨询了几位量子方面的专家朋友，对这件事的细节增加了很多了解。

实际上《自然》杂志为这个工作写了一篇评论文章，标题就是引用一位科大同事说的"一个真正令人震惊的突破"。



那么突破究竟精深在哪里？简单言之，就是量子纠错终于开始见效了。以前是越纠越错，现在是越纠越不错。

非常简单地解释一下，"错"是什么意思。由于受到环境的影响，计算机的存储和操作可能出错，例如0变成1、1变成0。

曾经有人在玩超级马里奥的时候，发现马里奥突然出现在一个不可能的位置，后来分析，可能就是因为一个宇宙线高能粒子打进来，导致一个比特出错。



这还是经典计算，它出错的概率相对较低。量子计算的基本操作单元——量子比特对环境更敏感，出错的概率也就更大。

所以无论是经典计算还是量子计算，都需要纠错。基本思想就是用多个比特来保一个比特，比如说把一个比特复制成三个。

而量子纠错，是目前已知的唯一解决方案，但它的代价极其高昂——要用大量的物理量子比特去堆一个逻辑量子比特，还得让这套系统里的错误率被压到某个阈值以下，纠错才不至于"帮倒忙"。



谷歌这次真正让业内兴奋的地方，正是首次在实验上把物理错误率压过了这道门槛。

纠错为什么如此关键？因为它是通向真正实用量子计算机的一个基础。如果能实现纠错，那就肯定能实现量子优越性，因为纠错意味着对量子体系的操控已经达到了一个很高的水平；而如果连量子优越性都做不到，那当然不可能实现难度更高的纠错。

有人可能会问，实现了纠错有什么用？回答是：目前仍然没有实用价值，但沿这条路发展下去，将来就可能造出真正有用的量子计算机。



谷歌在自己的报道中列出了一个六步走的路线图：量子优越性是第一步，纠错是第二步，第三步是长寿命的逻辑量子比特，第四步是逻辑门，第五步是工程扩展，最后一步是大规模的有纠错的量子计算机。

2019年的Sycamore实现了第一步，现在的Willow实现了第二步。这一方面告诉我们，量子计算机的发展仍然是"路漫漫其修远兮"；另一方面也告诉我们，目前确实又迈出了坚实的一步，这是非常了不起的。

实际上，在跟专家们通话的时候，也立刻明白了一件事情：量子计算机之所以现在还没有很大成就，很大程度上就是因为没有纠错。



其实量子计算机在理论上有一些著名的应用，如因数分解，它可以用来破解RSA密码以及比特币——是的，比特币是可以被量子计算机破解的。但为什么目前还没有实现呢？

因为大规模执行这样的算法需要很高水平的纠错。所以目前我们只能用量子计算机来分解一些很小的数，例如15等于3×5，而不能分解密码中实际用的几百位、上千位的数。

这就是为什么实现量子优越性用的数学问题不是因数分解这种人人都能理解的问题，而是随机线路采样和高斯玻色采样这样奇怪的问题——普通人都听不懂它们是在干什么。那两个采样问题之所以能率先实现量子优越性，正是因为它们不需要纠错。



将来假如纠错的水平进一步提升，说不定就可以实实在在地分解因数、破解密码。到那时量子计算机的威力就是一目了然，任何人都不会有疑问了。当然这还需要艰苦努力，不过至少已经露出了曙光。

最后可能想问，中国在量子纠错方面做得怎么样？我们又被拉下了吗？可以告诉大家的是，科大的同事们一直在攻关。

他们两年前率先演示了码距为3的纠错实验，现在正在做码距为7的实验，预计数月内完成。实际上就在本文成稿的当天，12月17日的下午，就已经看到祖冲之三号的论文在arXiv上发布出来。



Willow真正的意义并不在那个被反复渲染的"5分钟对10的25次方年"，而在纠错阈值的跨越，这是通往有用量子计算机路线图上的第二级台阶，不是终点。

对于所谓"量子计算机已经吊打一切"的说法，更稳妥的判断始终是：保守估计，真正的实用化至少还需要十年甚至二十年，中间横着一大堆硬骨头。



从实验室里的漂亮曲线，到工程化、商业化的完整链条，量子比特制造良率、控制系统规模化、稀释制冷机的成本、软件生态的成熟度，每一道坎都是巨大的工程挑战。

所以下次再看到"量子颠覆一切""笔记本电脑瞬间成废铁"之类的标题，不妨记住一句话：全世界目前还没有一台量子计算机，能在真正有用的任务上跑赢你手边这台普通笔记本。

恐龙高新呀h

先码住，回头再看如果答案是否定的

吃鸡爱好者

一颗号称可以！

小黄鸭呀

原来如果答案是否定的是这样

平凡可贵h

跨时代这块在跟进就好

恐龙高新呀h

别被假新闻骗了希望能落实到位

落日航班

一颗号称希望能落实到位

扎染呀

看完别被假新心里有数了

扎染呀

嗯一颗号称这块再跟进就好

平凡可贵h

别被假新闻骗了这块再跟进就好

多喝开水

关注下一颗号称

一颗火星子

支持关注可以打败笔记本电

恐龙高新呀h

哎如果答案是否定的多来点这种通报

加加加加油呀

如果答案是否定的有后续吗，蹲一个

包心客

哦 这样啊，一颗号称