谷歌（Google）周一宣佈推出其最新、最強大的量子計算晶片「柳樹」（Willow）。該晶片在速度和可靠性方面的表現本已足夠引人注目，但真正震撼科技界的是谷歌發佈博客中暗含的一個更大膽的主張。
谷歌量子人工智能（Google Quantum AI）創始人哈特穆特·內文（Hartmut Neven）在博客中聲稱，柳樹晶片的計算速度如此驚人，以至於它似乎「借用了」來自其他宇宙的計算能力。
因此，晶片的表現暗示了平行宇宙的存在，並支持「我們生活在多重宇宙中」的理論。
內文在博客中描述了一個令人難以置信的計算實例：
「柳樹晶片在該基準測試中的表現令人震撼：它在不到五分鐘內完成了一項計算，而目前最快的超級計算機則需要大約10的25次方年，也就是10,000,000,000,000,000,000,000,000年。如果將這個數字寫出來，遠遠超過已知的物理時間尺度，甚至超出了宇宙的年齡。這似乎支持了量子計算在多個平行宇宙中同時進行的觀點，與物理學家戴維·多伊奇（David Deutsch）提出的『多重宇宙』理論一致。」
這番有關現實本質的「重磅」言論引發了科學界和互聯網用戶的廣泛討論。一些物理學家和科技專家對此表示懷疑，但也有不少人認為內文的結論並非完全無稽之談。多重宇宙的概念雖然常見於科幻小說，但也是量子物理領域嚴肅研究的一部分。
然而，質疑者指出，谷歌的性能測試是基於其自己多年前開發的量子性能基準測試。這種自創的標準可能無法充分證明平行宇宙的存在。換句話說，當前的測試結果僅反映了一個特定的測量體系，而非宇宙的深層真相。
與傳統數字計算機依賴於二進制比特（0或1，開或關）不同，量子計算機依靠量子比特（qubits），其狀態可以是0、1，甚至同時是0和1。這種疊加態使得量子計算具有驚人的計算潛力。
此外，量子比特還能利用「量子糾纏」（Quantum Entanglement），即兩個或多個粒子之間的神秘連接，無論它們之間的距離多遠，其狀態始終相互關聯。
量子計算機利用量子力學來解決傳統計算機無法處理的高度複雜問題。
谷歌在開發「柳樹」（Willow）晶片時的核心目標正是減少這些錯誤率。
據內文（Neven）介紹，該晶片在糾錯機制方面取得了顯著進展，有望提高量子計算的穩定性和可擴展性。這一成就可能為量子計算的廣泛應用鋪平道路，讓其不僅停留在實驗室階段，而是真正成為未來的主流計算平台
5分鐘完成1000萬億年計算任務，Google的量子晶片意味着什麼？
遇事不決，量子力學。
量子力學誕生距今已有120多年的歷史了。從光的雙縫干涉實驗到「薛定諤的貓」思想實驗，它似乎是我們想像當中最神秘最深奧的物理學定律。美國理論物理學家理查德·費曼（Richard Phillips Feynman）曾說：
如果你認為你了解量子力學，那你就不了解量子力學。
即使量子力學距離我們相當遙遠，卻也在快速地發展：2016年，我國成功發射「墨子號」量子科學實驗衛星；2022年的諾貝爾物理學獎授予了三位科學家，以表彰他們在「量子信息科學」研究方面的貢獻。
▲2022年諾貝爾物理學獎得主（圖源：證券時報）
而 Google近日也在「量子力學」方面有了大動作，堪稱「里程碑」式的創新。
Google量子人工智能團隊「Quantum AI」的創始人兼負責人哈特穆特·內文（Hartmut Neven）在博客發表文章，宣佈推出其最新的量子晶片「Willow」，並稱其為大規模量子計算機鋪平了道路。
在文章中，內文稱這款晶片「在許多指標上都擁有最先進的性能」，並且「實現了兩項重大成就」：
其一，是 Willow增加了「量子比特」的使用數量（105個），並且「成倍地」減少了錯誤；
其二，是 Willow在不到5分鐘的時間內完成了其最新的「隨機電路採樣（RCS）基準測試」。
▲圖源：Google
要想理解以上這些突破性成就，我們就必須要了解量子計算機/量子晶片的工作原理。
量子力學的核心概念之一是「疊加」，即一個量子系統可以同時存在於多個狀態，而量子計算機正是利用這種疊加性質來創建「量子比特（Qubits）」，這是量子計算機中的基本計算單元。
與經典計算機中的二進制比特（Classic Bits）不同，量子比特可以同時處於0和1的「疊加態」。該狀態使得量子計算機能夠同時處理多個計算路徑或狀態，從而在解決某些複雜問題時比經典計算機更快、更高效。
▲圖源：Microsoft
此外，量子比特之間還具有一種叫做「量子糾纏」的特殊關係：當量子比特相互糾纏時，無論距離多遠，其中一個量子比特的狀態會立即影響另一個量子比特的狀態。
此時我們就可以根據某個量子比特的狀態得知其他量子比特的狀態，這也就達到了信息傳遞的效果。這種特性使得量子計算機能夠在處理複雜問題時更有效地共享和傳遞信息。
然而，量子比特的狀態非常脆弱，容易受到外部環境（溫度、振動、電磁等）的干擾，導致量子信息丟失，這種現象稱為「量子退相干」。由於糾纏，錯誤可能會從一個量子比特傳播到其他量子比特，進而影響計算能力。
並且因為量子比特傾向於與其環境快速交換信息，導致完成計算所需的信息很難被保護。通常，一台量子計算機使用的量子比特越多，發生的錯誤就越多，整個系統也就更加傾向於「經典系統」。
▲量子糾錯示意（圖源：Microsoft）
但根據內文的說法，Google的研究人員引入了一種新的「量子糾錯」方法，能夠實現 Willow晶片所使用的量子比特越多，反而會減少更多的錯誤，並且錯誤率呈指數級下降。
內文在文章中表示這一歷史性成就在該領域中被稱為「低於閾值」，即能夠在增加量子比特數量的同時減少錯誤。內文還強調自彼得·肖爾（Peter Shor）於1995年引入量子糾錯以來，這一直是一項極其困難的挑戰。
因此，「低於閾值」能夠展現「糾錯方面的真正進展」，而 Willow是首個低於閾值的系統，它表明建設超大型量子計算機的可能性確實存在。這一研究結果還被刊登在《Nature》雜誌上。
▲圖源：Google
此外，內文在文章中宣稱 Willow在5分鐘之內就完成了聲稱「當今量子計算機上完成的最難的經典基準測試」的隨機電路採樣（RCS）測試，並稱 Willow的這些最新結果是「迄今為止最好的」。
作為對比，世界上運算速度最快的超級計算機要10^25年才能計算完成 RCS，這個時間甚至超過了宇宙的年齡（約138億年）。
隨機電路採樣（Random Circuit Sampling，簡稱 RCS）測試是一種用於評估量子計算機性能的方法。其核心思想是利用量子計算機執行隨機選擇的量子門操作，生成隨機的量子態，然後對這些量子態進行採樣和測量。
RCS最早就是由內文所在的團隊提出的，內文稱其現在是「該領域的通用標準」。
▲圖源：Google
值得一提的是，2019年，Google就宣稱其開發的量子處理器「Sycamore」僅用三分鐘就可以完成當時世界上最快的超級計算機一萬年才能完成的計算，還強調其研究團隊已經取得了「量子霸權」。
IBM對 Sycamore的計算測試結果提出了異議，並且「量子霸權」這個詞也引起了不小的爭議，儘管 Google強調該詞只是一個「藝術術語」。後來，Google儘量避免使用這個詞語，只是說已經實現了「超越經典計算」。
此外，IBM和霍尼韋爾（HoneyWell）公司在他們的量子力學研究中一般使用「量子體積」這個術語來描述和量化其量子計算機設備，Google卻完全不用這個概念。缺少統一標準，導致競品之間難以進行對比。
▲圖源：Google
內文表示，量子技術在收集 AI訓練數據、發展新能源汽車和發現新藥方面都有其用武之地。
與此同時，他還展望了 Google量子力學研究的下一個目標：完成一個既「與實際程序相關」，又是「經典計算機無法實現」的計算，真正做到「有用」並且「超越經典」。
