Google晶片技術突破 量子電腦再受關注︳封面故事

量子電腦是一種基於量子力學原理設計的全新計算裝置。與傳統電腦採用的二進位系統不同，量子電腦的基本單位是量子位元（Qubit），能同時處於0和1的疊加狀態。
這種特性讓量子電腦具備強大的並行計算能力，能快速處理極其複雜的問題。

量子計算發展歷程

量子電腦的速度在某些特定計算任務上遠超傳統超級電腦。
例如，Google的Willow晶片能在不到五分鐘內完成一項傳統超級電腦需耗費10^25年（即10,000,000,000,000,000,000,000,000年）才能解決的計算問題。
這種突破性的性能令量子電腦在科學研究、能源設計和人工智慧等領域，展現巨大潛力。

量子計算的概念可追溯至上世紀80年代。1982年，著名物理學家理Richard Feynman首次提出利用量子系統進行計算的構想，並指出量子力學特性能解決傳統電腦難以處理的問題。
此後，量子計算逐漸成為物理學和計算科學研究的重要方向。
然而，量子計算的實用化進展緩慢。直到最近幾年，隨著硬件設計和糾錯技術的不斷進步，量子電腦的性能才開始大幅提升，並逐步邁向實用化。

Willow晶片技術突破

Google最新研發的Willow晶片擁有105個量子位元，其革命性設計大幅降低了量子計算中的錯誤率。
研究人員通過將量子位元排列在方形網格之中，並增加網格的尺寸，成功實現隨量子位元數量增多而錯誤率指數級下降的效果，解決這項已存在30年的挑戰。

另一方面，Willow晶片在「隨機電路取樣」（Random Circuit Sampling, RCS）基準測試中表現出色，其速度遠超全球最快的傳統超級電腦，即上文提到，五分鐘內完成傳統超級計算機需時10^25年的運算。這款晶片的誕生標誌著量子電腦在實用化道路上邁出重要一步。
即使Willow晶片推動Google股價一週內升逾10%，但Google的聲明也明確表明，量子計算距離商業用途還有很長的路要走。
Google量子AI負責人Hartmut Neven的一篇部落格文章中寫道：「該領域的下一個挑戰，是在當今量子晶片上展示與現實世界應用相關第一個『有用的、超越經典』的計算。」

而輝達（Nvidia，美股代號：NVDA）行政總裁黃仁勳本週二（1月7日）在CES論壇問答環節中直言，量子運算走向實用可能還需要數十年時間。
「如果說，15年後會出現非常有用的量子電腦，那可能還爲時過早；如果說30年，或許又有些過於悲觀。但如果說是20年，我想很多人都會相信。」黃仁勳說。
黃仁勳一句話使量子計算概念股如Quantum Computing（美股代號：QUBT）、D-Wave Quantum（美股代號：QBTS）、Rigetti Computing（美股代號：RGTI）在週三（8日）集體股價大跌，均跌逾35%。

可見即使量子計算技術近年取得突破性的進展，從理論研究到全面商業化仍需要克服諸多挑戰。

各國量子競賽

隨科技的迅速進步，各國紛紛加大對尖端科技的投入。目前量子電腦的分布，主要集中在科技領先的國家和地區，如美國、中國、歐洲和日本。美國是量子計算研究的領頭羊，Google和IBM（美股代號：IBM）等科技巨頭均設有量子研究中心。
IBM亦在德國埃欣根設首座量子資料中心，而歐盟亦啟動「量子旗艦計劃」鼓勵跨國合作，專注解決實際問題的量子應用技術。
在亞洲，中國「九章」系列量子計算機在光量子領域亦取得多項突破，而「悟空芯」量子晶片的成功研製，則反映中國在自主超導量子電腦製造鏈方面實現了重要突破。

中國「九章三號」處理高斯玻色取樣的速度比「九章二號」提升了100萬倍，在百萬分之一秒內完成計算，超越了傳統超級計算機「前沿」（Frontier）需要200億年才能完成的任務，展現光量子計算的巨大潛力。
除了硬件技術的突破，中國還致力於推動量子技術的應用化。中國自主研發的量子科學實驗衛星「墨子號」，在國際上首次成功實現從衛星到地面的千公里級量子密鑰分發和地面到衛星的千公里量子隱形傳態。
另外，日本首部量子電腦由理化學研究所於2023年啟動，主要是用於科學模擬和加密技術研究。