每經(jīng)編輯 畢陸名

今天（22日）凌晨1點(diǎn)，谷歌AI發(fā)布了一種全新的模擬-數(shù)字混合量子模擬方法，可在保持速度的同時(shí)增強(qiáng)可控制性，顛覆了傳統(tǒng)量子計(jì)算的模擬方法。在研究量子熱化和臨界現(xiàn)象方面實(shí)現(xiàn)了重大突破。

傳統(tǒng)的量子模擬主要面臨兩大難題：靈活性差，純數(shù)字的量子模擬效率非常慢，經(jīng)常會(huì)受到噪聲的干擾；速度快卻無(wú)法控制，速度上來(lái)了卻無(wú)法精準(zhǔn)控制所有粒子的相互作用。例如，想模擬一半粒子高溫、一半粒子低溫的場(chǎng)景，就很難精準(zhǔn)設(shè)置這種空間分布，只能從簡(jiǎn)單的初始狀態(tài)開(kāi)始。

而谷歌的混合模擬方法吸取了這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，在保證模擬速度的前提下，還增強(qiáng)了可控性。并且根據(jù)交叉熵基準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，谷歌的新方法已經(jīng)超過(guò)傳統(tǒng)模擬。

混合量子模擬器的核心在于將模擬和數(shù)字技術(shù)相結(jié)合。模擬部分利用量子比特之間的自然相互作用來(lái)高效地模擬量子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。這種模擬演化能夠自然地反映量子系統(tǒng)的物理行為，尤其是在處理大規(guī)模量子系統(tǒng)時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)。

但模擬演化在初始態(tài)制備和精確控制方面存在一定的局限性。為了解決這一問(wèn)題，谷歌引入了數(shù)字量子門(mén)操作。數(shù)字部分提供了靈活的初始態(tài)制備和精確的能量控制能力，使得研究者能夠在模擬演化之前對(duì)量子態(tài)進(jìn)行精確的調(diào)整。

為了實(shí)現(xiàn)高保真的模擬演化，谷歌開(kāi)發(fā)了一種新的可擴(kuò)展校準(zhǔn)方案，通過(guò)單光子光譜學(xué)和交換光譜學(xué)精確測(cè)量量子比特之間的耦合強(qiáng)度和頻率。

混合量子模擬的另外一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)在于，能夠靈活地制備各種量子態(tài)。通過(guò)數(shù)字量子門(mén)操作，谷歌能夠制備出具有特定相位和能量分布的量子態(tài)，例如，二聚體態(tài)和貝爾態(tài)。這些量子態(tài)的制備為研究量子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為提供了多樣化的初始條件。

量子計(jì)算作為下一代信息處理技術(shù)的重要方向，正受到各國(guó)高度重視。量子芯片是量子計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理器，是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的核心。近年來(lái)，基于不同物理原理的量子芯片不斷涌現(xiàn)。

美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司（IBM）、Google等企業(yè)將超導(dǎo)量子芯片作為主要攻關(guān)方向。2019年1月，IBM發(fā)布全球首臺(tái)完全集成的通用量子計(jì)算機(jī)——“IBMQSystemOne”，其芯片包含20個(gè)超導(dǎo)量子比特。同年，Google借助包含53個(gè)超導(dǎo)量子比特的“懸鈴木”（Sycamore）量子芯片，率先演示量子霸權(quán)。最近大火的Willow也是超導(dǎo)量子芯片。

2021年，加拿大量子計(jì)算企業(yè)Xanadu推出8個(gè)比特的X8光量子芯片，拉開(kāi)了光量子計(jì)算商業(yè)化的序幕。2022年6月，Xanadu使用可編程光量子芯片Borealis，展示了量子計(jì)算優(yōu)越性。

2015年，專(zhuān)注于研制離子阱量子計(jì)算機(jī)的IonQ公司創(chuàng)立。2020年，IonQ發(fā)布了一個(gè)包含11個(gè)量子比特的量子芯片，宣稱(chēng)其實(shí)現(xiàn)了比Google更高的量子優(yōu)越性。IonQ之后又相繼發(fā)布包含20個(gè)量子比特、32個(gè)量子比特的芯片。在IonQ之后，美國(guó)霍尼韋爾子公司Quantinuum等也加入了研制離子阱量子芯片的行列。

2024年12月上旬，谷歌公司推出其最新量子芯片“威洛”（Willow），引發(fā)全球輿論的高度關(guān)注。這或許代表了通往量子計(jì)算的某條路徑有所突破，但最終哪把“鑰匙”能真正打開(kāi)量子計(jì)算的“大門(mén)”仍未可知。

截至周一收盤(pán)，谷歌A（GOOGL）下跌2.31%，報(bào)收147.67美元，總市值1.80萬(wàn)億美元。

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