量子计算是一种利用量子力学原理进行信息处理的新型计算方式。与传统的经典计算不同，量子计算利用量子比特（qubit）作为信息载体，具有并行性和叠加性等特点，能够在某些问题上实现比传统计算机更高效的计算。
就在近日，谷歌宣布了其新一代量子处理器Willow的诞生，这款量子计算芯片采用105个量子比特的设计，完成了全球量子计算历史上一个难以企及的里程碑，让长达近30年的“量子纠错”难题成为过去。
量子纠错是量子计算的关键挑战之一，由于量子比特往往会与周围环境快速交换信息，因此很难保护完成计算所需的信息，随着量子比特数量的增加，错误不仅不会减少，反而会成倍增长。这意味着，量子计算机的规模越大，量子比特数量越多，就越难以维持其计算的“量子性”。如果无法有效地降低错误率，量子计算的潜力将难以发挥，而这一挑战自1995年Peter Shor首次提出量子纠错理论以来，一直是整个量子计算领域的核心难题。
谷歌在《Nature》杂志发布的最新研究为解决这一难题提供了方向。按照量子纠错理论将多个量子比特组合，由于有额外的量子比特进行纠错，随着量子比特的增加，计算系统的逻辑错误率会呈指数级下降，但想要达到这一效果的前提是将量子比特的物理错误率降低到临界阈值以下。
而在研究中，该团队将量子比特布置在一个d×d的量子网格上，并在网格尺寸的扩展过程中发现，增加量子比特的数量可显著降低错误率——每次从三乘三增加到五乘五、再到七乘七，错误率便下降一半。这使得Willow成为首个“低于阈值”的量子计算系统，达成了量子计算领域追求了近30年的里程碑。
除此以外，Willow芯片采用超导量子电路技术，处理能力远超现有的超级计算机。在“随机电路采样”(RCS)基准测试中(RCS是当今量子计算机上可以完成的最难的基准测试)，当前全球最快的超级计算机Frontier需要耗时10^25年（10亿亿亿年）才能完成的计算，Willow则只需不到5分钟。
Willow在多项指标上的表现
据悉，Willow的问世不仅突破了困扰量子计算领域近30年的难题，更作为一个实际的可扩展量子比特原型，证明了大型量子计算机的可行性，未来随着量子计算的进一步拓展，有望推动药物发现、核聚变、电池设计等领域的创新。
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