Google 放大招了！量子晶片 Willow 突破，Quantum Echoes 演算法超越經典超算 13,000 倍

Google 宣布「Quantum Echoes」演算法突破，首次在歷史上以可驗證方式證明量子電腦超越經典超級電腦 13,000 倍，更直接指向藥物設計、材料科學與黑洞物理的未來。不僅超越 2019 年 Sycamore 的「量子霸權」，也延續了 2024 年 Willow 晶片在錯誤抑制上的突破，讓量子電腦從「能做到」真正走向「真有用」。

Willow 晶片：13,000 倍速度的量子躍進

Willow 晶片成功執行 Quantum Echoes 演算法（基於亂序時間相關器 OTOC），測量量子資訊如何在系統中「混亂擴散」（scrambling），類似聲波回音。

• 對比經典超算：同一任務需數千年，Willow 僅需數分鐘。
• 量子位元效能：單量子位元閘保真度 99.97%，糾纏操作 99.88%，大幅降低累積錯誤。
• 硬體基礎：105 個超導量子位元，電路如「人工原子」，精準模擬原子交互。

物理學家 Michel Devoret 評論：「Willow 證明電路可模擬原子行為，無需傳統近似。」

實用突破：量子「分子尺」誕生

Google 與加州大學柏克萊分校合作，應用 Quantum Echoes 於分子模擬：

• 實驗對象：15 與 28 個原子的有機分子。
• 技術核心：結合核磁共振（NMR）數據，測量氫原子間距離。
• 關鍵成果：與傳統 NMR 一致，並揭示長距離交互（NMR 無法觀測）。

這項 量子增強 NMR 技術，被稱為「分子尺」，未來可應用於：

• 藥物發現：精準預測藥物與蛋白結合。
• 材料設計：分析電池、超導體或聚合物結構。
• AI 優化：用更少的能源處理複雜優化問題。

Quantum Echoes：量子優勢的里程碑

Google 研究團隊在《Nature》期刊發表論文，展示 Quantum Echoes 演算法（基於亂序時間相關器 OTOC）在 Willow 晶片上運行，比全球最快經典超算快 13,000 倍。這是量子計算史上首次可驗證的實用優勢，超越 2019 年「量子霸權」與 2024 年 Willow 晶片的錯誤抑制突破。

「這就像用聲納找到沉船後，還能讀出船上的銘牌。」—— Google 量子團隊比喻

Quantum Echoes 能精確測量量子資訊如何在系統中「混亂擴散」（scrambling），類似聲波在空間中的回音，適用於模擬分子、磁鐵甚至黑洞的內部結構。

量子計算路線圖：邁向錯誤修正

Google 量子硬體三階段目標（Milestone 3）：

建立長壽命邏輯量子位元（logical qubit）

預計實現後，將解鎖：

• 精確化學反應模擬
• 高效太陽能電池設計
• 核融合反應器優化

從「能做到」到「真有用」

Google 的 Willow 與 Quantum Echoes 不僅是技術突破，更是刷新了量子計算的極限，為人類探索微觀世界開啟了一扇新的大門。從藥物設計到黑洞物理，這場量子革命才正要開始。

Source

Our Quantum Echoes algorithm is a big step toward real-world applications for quantum computing

Google Explores Quantum Chaos on Its Most Powerful Quantum Computer Chip

Quantum ‘echoes’ reveal the potential of Google’s quantum computer

Google’s Willow chip demonstrated 13,000x speed boost over supercomputers

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