谷歌量子新算法突破：量子回声实现13000倍加速，结果可复现验证

谷歌量子研究团队近日在《自然》杂志封面发表突破性成果，其开发的"量子回响"算法成功实现量子计算结果的可靠验证，解决了长期困扰该领域的计算结果确认难题。研究表明，搭载该算法的量子计算机仅需2.1小时即可完成特定计算任务，而经典超级计算机Frontier需要3.2年，运算速度相差逾1.3万倍。

这项跨学科研究汇聚了来自普林斯顿大学、加州大学伯克利分校、麻省理工学院等顶尖机构的200余位科研人员。谷歌量子AI实验室硬件首席科学家Michel Devoret作为新晋诺贝尔物理学奖得主，也深度参与了项目攻关。团队通过模拟时间倒流机制，使扩散的量子信息重新聚焦，显著提升了观测精度。

在实验层面，研究团队采用超导量子处理器同步操控65个量子比特。数据显示，新型非时序关联函数（OTOC）的观测效果明显优于传统时序关联函数（TOC）。当量子系统演化至第9个周期时，传统方法的信号已难以检测，而二阶OTOC在20个周期后仍保持清晰可辨的信号特征。这一突破使得观测量子系统动力学细节成为可能。

研究还揭示了量子系统特有的"大循环干涉"现象。量子比特演化过程中产生的泡利字符串会形成闭合环路，这些环路的信号通过相长干涉得到增强。经典计算机因无法处理此类复杂干涉模式，在模拟65量子比特系统时需耗时3.2年，而量子处理器仅需2.1小时。即便采用蒙特卡洛等优化算法，经典模拟的信噪比（1.1）仍远低于量子实验获得的3.9。

在应用验证方面，研究团队将二阶OTOC成功应用于量子系统哈密顿量学习。通过单参数学习实验设计，系统成功识别出模拟量子系统中的未知相位参数，将误差控制在极小范围内。这种能力使OTOC成为分析固态核磁共振系统等真实量子材料的理想工具，能够反推材料内部的相互作用规律。

硬件层面的突破为算法实现提供了关键支撑。谷歌Willow芯片凭借极低错误率和高速运算能力，成为"量子回响"算法的理想载体。最新测试数据显示，该芯片在105量子比特阵列中实现了单量子比特门99.97%、双量子比特门99.88%、读出操作99.5%的保真度，所有操作均在数十至数百纳秒内完成。这些性能指标使芯片能够满足复杂量子算法的计算需求。

研究团队同时展示了量子计算增强型核磁共振技术的应用潜力。在药物研发领域，该技术可精准测定药物分子与靶点的结合方式；在材料科学领域，则能表征聚合物、电池组件及量子比特材料等新型物质的分子结构。这种跨领域应用能力，为量子计算从实验室走向实际应用开辟了新路径。

论文详细地址：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6
补充研究资料：[1]https://blog.google/technology/research/quantum-hardware-verifiable-advantage/

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