谷歌近日在量子計算領(lǐng)域取得重大突破，其研發(fā)的量子回聲算法在Willow量子芯片上成功運行，實現(xiàn)了對原子相互作用問題的超高速求解。這項成果不僅在計算速度上遠超傳統(tǒng)超級計算機，更首次實現(xiàn)了量子計算結(jié)果的可驗證性，相關(guān)研究已登上《自然》雜志封面。

據(jù)實驗數(shù)據(jù)顯示，量子回聲算法在Willow芯片上的運行速度比當前最先進的Frontier超級計算機快1.3萬倍。原本需要Frontier運行3.2年的計算任務(wù)，量子計算機僅用數(shù)小時便完成。這一成果的核心在于量子可觀測量OTOC（out-of-time-order correlator）的精確測量，該指標能夠描述量子系統(tǒng)的混沌特性，其計算結(jié)果在不同量子硬件上具有高度一致性。

這項突破建立在谷歌長達六年的技術(shù)積累之上。2019年，谷歌量子團隊曾展示過量子計算機解決經(jīng)典計算機需數(shù)千年完成的問題。2024年底，新一代Willow芯片通過隨機電路采樣基準測試，成功解決了困擾學界近30年的量子誤差抑制難題。此次量子回聲算法的實現(xiàn)，標志著谷歌量子計算向?qū)嵱没~出關(guān)鍵一步。

研究團隊由谷歌量子AI實驗室主導，聯(lián)合DeepMind、加州大學伯克利分校及達特茅斯學院等機構(gòu)共同完成。值得注意的是，新晉諾貝爾物理學獎得主、谷歌量子AI實驗室硬件首席科學家Michel Devoret也參與了該項目。團隊通過精密設(shè)計的量子信號實驗，在Willow芯片的105個量子比特陣列上實現(xiàn)了量子回聲的四個關(guān)鍵步驟：正向操作、量子比特擾動、反向操作及結(jié)果測量。

該算法的獨特之處在于利用量子相長干涉效應放大信號。當研究者輕微擾動單個量子比特后，通過精確反轉(zhuǎn)信號演化過程，能夠捕捉到極其微弱的量子回聲。這種測量方式對硬件精度要求極高，需要量子芯片同時具備極低誤差率和高速運算能力。Willow芯片在此次實驗中展現(xiàn)出的性能，證明其已達到實用化門檻。

在應用驗證方面，研究團隊與加州大學伯克利分校合作，對含15個原子和28個原子的兩個分子進行了模擬實驗。結(jié)果顯示，量子計算結(jié)果與傳統(tǒng)核磁共振（NMR）數(shù)據(jù)高度吻合，同時揭示了常規(guī)方法無法獲取的分子動態(tài)信息。這一突破為量子計算在藥物研發(fā)和材料科學領(lǐng)域的應用開辟了新路徑。

谷歌CEO Sundar Pichai表示，Willow芯片首次實現(xiàn)了可驗證的量子優(yōu)勢。該算法能夠通過核磁共振原理解析分子結(jié)構(gòu)，未來有望成為研究藥物分子與靶標相互作用的重要工具。在材料科學領(lǐng)域，量子計算增強的NMR技術(shù)可用于表征新型高分子材料、電池組件及量子比特材料的分子結(jié)構(gòu)。

學界普遍認為，這項研究標志著量子計算從理論驗證進入實用階段。有專家指出，量子回聲算法的成功運行證明，量子計算機不僅能夠處理復雜系統(tǒng)，還能在最終計算中保持極高精確度，這種可重復驗證的特性使其具備成為科研工具的潛力。正如望遠鏡和顯微鏡曾改變?nèi)祟愓J知世界的方式，量子計算增強的觀測技術(shù)或?qū)㈤_啟全新的科學探索維度。