谷歌Quantum Echoes算法:迈向量子计算现实应用的重要一步

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编辑注:今天,我们宣布了一项历史性研究成果:量子计算机首次在真实硬件上运行可验证的算法 ,并超越全球最快的传统超级计算机,快达13,000倍 。这一突破将量子计算从理论推进到现实应用的门槛,为未来在药物研发、材料科学等领域带来变革奠定基础。


🎯 什么是Quantum Echoes?

想象你正在深海中寻找一艘失踪的船只。传统声纳技术可能给你一个模糊的轮廓,告诉你"下面有个船骸"。而现在,量子回声(Quantum Echoes)技术就像是让你不仅看到这艘船,还能清楚读出船体上的铭牌。

这是我们在Willow量子芯片上实现的精度。通过Quantum Echoes算法,我们首次在真实硬件上运行了一个可验证的、具备量子优势的算法,且计算速度远超传统计算。


🚀 为什么这是"可验证的量子优势"?

此前,量子计算机曾展示过计算复杂性优势,但始终缺乏"可验证性"------即其它量子系统是否能重复该结果、并得出相同答案。

Quantum Echoes 是第一个具备可验证性的量子优势算法:

  • ✅ 可在多台相同水平的量子计算机上重复执行

  • ✅ 结果可交叉验证,具备可重复性与可靠性

  • ✅ 运行在105个量子比特的Willow芯片上,能准确建模物理系统

这使得Quantum Echoes不仅追求计算复杂度,还兼顾最终结果的精度,真正具备现实世界意义。


⚙️ Quantum Echoes 是怎么运作的?

它的工作原理就像一个"量子级回声实验":

  1. 向量子系统注入特定信号;

  2. 在某个量子比特上施加微扰;

  3. 倒转信号演化路径,等待"回声";

  4. 通过干涉效果增强回波,精准测量微扰的扩散行为。

这种"回声"通过构造性干涉被放大,极大提升测量灵敏度和分辨率。其信号重合度能揭示系统中微扰如何扩散,为观察原子级现象提供全新手段。


🧪 从分子结构到黑洞建模:应用潜力广阔

Quantum Echoes 可用于研究自然系统的结构,包括:

  • 分子构型

  • 磁性材料

  • 黑洞物理

  • 多体量子系统

在与加州大学伯克利分校合作的实验中,我们使用Quantum Echoes算法分析了两个分子(分别含有15个和28个原子),其结果与传统**核磁共振(NMR)**测量一致,甚至揭示了NMR通常无法捕捉的信息。

这说明:

✅ Quantum Echoes 不仅可以替代传统测量方法,还能拓展其能力。


🧬 "量子标尺":NMR + 量子计算 = 超越极限

传统的NMR技术(也是MRI背后的原理)依靠检测原子核"自旋"的微小磁信号来推断分子结构,但其距离和分辨率有限。

Quantum Echoes算法具备:

  • 更强的分辨率灵敏度

  • 能分析更长距离的原子间相互作用

  • 有望实现前所未有的"量子显微镜"能力

这使其在以下领域前景广阔:

  • 新药分子筛选与结构绑定分析

  • 聚合物和电池材料设计

  • 新型量子材料研究

  • 太阳能与核聚变基础研究


📈 下一步:迈向可纠错量子计算

此次突破实现了我们量子硬件路线图的里程碑 2------可验证量子优势。

接下来,我们的目标是:

🎯 Milestone 3:构建长寿命的逻辑量子比特

这一步将开启全规模、可纠错量子计算的大门,是迈向商用的关键一步。


💬 总结:现实应用真正开始了

这次发布的Quantum Echoes算法,是首次在真实量子硬件上实现可验证量子优势的技术里程碑。它标志着:

  • 从理论实验向现实世界问题建模的转变

  • 从"能算什么"迈向"能用于什么"的跃升

  • 从"速度优越"迈向"可重复验证"的可靠性标准

正如望远镜开启了宇宙的可见性,Quantum Echoes 正在开启一个量子可见的新世界


"大多数AI和算法成果都停留在理论层面,而Quantum Echoes已开始穿透现实------进入分子、磁性甚至宇宙尺度的物理本质。"

------ Ashok Ajoy,加州大学伯克利分校 化学助理教授

🔭 我们期待用这项突破,在未来十年中,塑造药物、能源与材料研究的全新范式。

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