谷歌量子AI團隊近日宣布，其研發的“Willow”量子芯片成功實現了硬件層面的可驗證量子優勢。這項突破性成果發表于《自然》雜志，標志著量子計算領域邁向實用化的重要一步。該芯片通過運行“量子回聲”算法，在控制精度與運算速度上達到全新高度，為構建容錯量子計算機奠定了關鍵基礎。
量子計算的核心挑戰在于如何精準操控量子比特而不破壞其量子態。谷歌量子處理器總監陳宇（Yu Chen）與量子硬件首席科學家米歇爾·德沃雷（Michel Devoret，2025年諾貝爾物理學獎得主）領導的團隊，通過創新硬件設計與控制系統，首次在維持高保真度的同時實現了量子系統的高速操控。這一突破解決了量子計算中控制與退相干的關鍵矛盾。
為驗證芯片性能，團隊執行了復雜的“量子回聲算法”實驗。該算法對系統級性能、量子門精度和測量速度提出極高要求。Willow芯片在105量子比特陣列中交出亮眼數據：單量子比特門保真度達99.97%，糾纏門保真度99.88%，讀出保真度99.5%，所有操作均在納秒級時間內完成。這種高精度與高速度的結合，使實驗速度較經典計算機提升13000倍，成為量子計算史上最復雜的實驗之一。
實驗過程中，團隊完成了萬億次測量，這一數據在所有量子計算機的歷史測量總量中占據顯著比例。陳宇透露，Willow芯片的獨特技術路線基于超導量子電路，在性能與可擴展性間實現了優異平衡，是目前構建容錯量子計算機的最具潛力平臺之一。
此次突破是谷歌量子AI路線圖的關鍵進展。該路線圖規劃了六個里程碑，從超越經典計算到構建百萬物理量子比特的大型糾錯量子計算機。目前，谷歌已分別于2019年和2023年完成前兩個里程碑。隨著Willow芯片的發布，團隊通過展示低于閾值的量子糾錯能力，正穩步邁向第三里程碑——構建長壽命邏輯量子比特。
根據路線圖，第三里程碑需實現千量級物理量子比特，并將邏輯量子比特錯誤率降至10??。后續里程碑將逐步擴展至十萬、百萬量級物理量子比特，最終實現錯誤率低至10?13的大型糾錯量子計算機。谷歌表示，盡管通往實用化量子計算機的道路仍充滿挑戰，但Willow芯片展現的量子比特控制能力為應對未來難題提供了強大信心。
陳宇現任谷歌量子處理器總監，本科畢業于中國科學技術大學物理學專業，后于明尼蘇達大學雙城分校獲得凝聚態物理博士學位。2014年加入谷歌后，其學術成果被引用超過3.5萬次，在量子計算領域具有廣泛影響力。
