谷歌量子计算登《自然》封面：可验证算法实现实用突破

谷歌近日在量子计算领域取得重大突破，其研发的量子回声算法在Willow量子芯片上成功运行，实现了对原子相互作用问题的超高速求解。这项成果不仅在计算速度上远胜传统超级计算机，更首次实现了量子计算结果的可验证性，相关研究已登上《自然》杂志封面。

据实验数据显示，量子回声算法在Willow芯片上的运算速度较当前最先进的Frontier超级计算机快1.3万倍。原先需要Frontier运行3.2年的计算任务，量子计算机仅用数小时便圆满完成。这一成果的核心在于量子可观测量OTOC（out-of-time-order correlator）的精确测量，该指标能够描述量子系统的混沌特性，其计算结果在不同量子硬件上具有高度一致性。

这项突破建立在谷歌长达六年的技术积累之上。2019年，谷歌量子团队曾展示量子计算机解决经典计算机需数千年完成的问题。2024年底，新一代Willow芯片通过随机电路采样基准测试，成功解决了困扰学界近30年的量子误差抑制难题。此次量子回声算法的实现，标志着谷歌量子计算向实用化迈出关键一步。

研究团队由谷歌量子AI实验室主导，联合DeepMind、加州大学伯克利分校及达特茅斯学院等机构共同完成。值得注意的是，新晋诺贝尔物理学奖得主、谷歌量子AI实验室硬件首席科学家Michel Devoret也参与了该项目。团队通过精密设计的量子信号实验，在Willow芯片的105个量子比特阵列上实现了量子回声的四个关键步骤：正向操作、量子比特扰动、反向操作及结果测量。

该算法的独特之处在于利用量子相干干涉效应放大信号。当研究人员轻微扰动单个量子比特后，通过精确反转信号演化过程，能够捕捉到极其微弱的量子回声。这种测量方式对硬件精度要求极高，需要量子芯片同时具备极低误差率和高速运算能力。Willow芯片在此次实验中展现出的性能，证明其已达到实用化门槛。

在应用验证方面，研究团队与加州大学伯克利分校合作，对含15个原子和28个原子的两个分子进行了模拟实验。结果显示，量子计算结果与传统核磁共振（NMR）数据高度吻合，同时揭示了常规方法无法获取的分子动态信息。这一突破为量子计算在药物研发和材料科学领域的应用开辟了新途径。

谷歌CEO Sundar Pichai表示，Willow芯片首次实现了可验证的量子优势。该算法能够通过核磁共振原理解析分子结构，未来有望成为研究药物分子与靶标相互作用的重要工具。在材料科学领域，量子计算增强的NMR技术可用于表征新型高分子材料、电池组件及量子比特材料的分子结构。

学界普遍认为，这项研究标志着量子计算从理论验证进入实用阶段。有专家指出，量子回声算法的成功运行证明，量子计算机不仅能够处理复杂系统，还能在最终计算中保持极高精确度。这种可重复验证的特性使其具备成为科研工具的潜力。正如望远镜和显微镜曾改变人类认知世界的方式，量子计算增强的观测技术或将开启全新的科学探索维度。

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