量子回声算法突破

我们的量子回声算法是朝着量子计算实际应用迈出的一大步

我们的Willow量子芯片展示了首个在硬件上实现可验证量子优势的算法

想象一下，你试图在海底寻找一艘失事的船只。声纳技术可能会给你一个模糊的形状，并告诉你"下面有一艘沉船"。但如果你不仅能找到这艘船，还能读取船体上的铭牌呢？

这就是我们刚刚在Willow量子芯片上实现的空前精度。今天，我们宣布一项重大的算法突破，标志着向首个实际应用迈出了重要一步。刚刚发表在《自然》杂志上的研究显示，我们展示了首个运行无序时间关联器（OTOC）算法的可验证量子优势，我们称之为量子回声。

量子回声的应用价值

量子回声可用于了解自然界系统的结构，从分子到磁体再到黑洞，我们已证明它在Willow上的运行速度比世界上最快超级计算机上的最佳经典算法快13000倍。

在另一个原理验证实验中，我们展示了新技术——“分子尺”—可以测量比现有方法更长的距离，使用核磁共振数据获取更多关于化学结构的信息。

这是历史上第一次有任何量子计算机成功运行可验证算法，超越了超级计算机的能力。量子可验证性意味着结果可以在我们的量子计算机——或任何同等水平的其他量子计算机上重复得到相同答案，从而确认结果。

这种可重复的、超越经典计算的能力是可扩展验证的基础，使量子计算机更接近成为实际应用的工具。

我们的新技术工作原理类似于高度先进的回声。我们向量子系统发送精心设计的信号，扰动一个量子比特，然后精确反转信号的演化，以监听返回的"回声"。

这种量子回声的特殊之处在于它通过相长干涉得到放大——这是一种量子波叠加变强的现象。这使得我们的测量极其敏感。

量子回声算法的实现得益于我们Willow芯片在量子硬件方面的进步。去年，Willow通过我们的随机电路采样基准测试证明了其实力，该测试旨在测量最大量子态复杂度。

量子回声算法代表了一类新的挑战，因为它模拟物理实验。这意味着该算法不仅测试复杂度，还测试最终计算的精度。这就是我们称之为"量子可验证"的原因，意味着结果可以通过类似质量的其他量子计算机进行交叉基准测试和验证。

为了同时提供精度和复杂度，硬件必须具备两个关键特性：极低的错误率和高速操作。

量子计算机将在模拟量子力学现象方面发挥重要作用，例如原子和粒子的相互作用以及分子的结构。科学家用来理解化学结构的工具之一是核磁共振，这是MRI技术背后的科学。

核磁共振充当分子显微镜，强大到足以让我们看到原子的相对位置，这有助于我们理解分子的结构。模拟分子的形状和动力学是化学、生物学和材料科学的基础，在这方面做得更好的进步支撑着从生物技术到太阳能再到核聚变等领域的进展。

在与加州大学伯克利分校合作的原理验证实验中，我们在Willow芯片上运行量子回声算法，研究了分别具有15个和28个原子的两个分子，以验证这种方法。我们在量子计算机上的结果与传统的核磁共振结果相匹配，并揭示了通常无法从核磁共振中获得的信息，这是我们方法的关键验证。

量子回声算法首次展示可验证量子优势，标志着向量子计算的首个实际应用迈出了重要一步。

随着我们向全尺寸、纠错的量子计算机扩展，我们期望会有更多这样的有用实际应用被发明出来。现在，我们专注于实现量子硬件路线图上的第三个里程碑：长寿命逻辑量子比特。