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12月10日，谷歌一項(xiàng)發(fā)布震驚了整個(gè)AI圈，谷歌 CEO 皮查伊激動(dòng)地宣布，谷歌最新的量子計(jì)算芯片 Willow 已經(jīng)問世！

基準(zhǔn)測試中，Willow 取得了驚人的成績：在不到 5 分鐘內(nèi)完成了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，而這需要頂尖超算超過 10^25 年——比宇宙年齡還長！

消息一出，連馬斯克都驚嘆：“Wow！” 

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皮查伊還提議未來用 SpaceX 的星艦在太空里建個(gè)量子集群，馬斯克表示：“這很可能會(huì)發(fā)生。” 任何一個(gè)自尊的文明至少應(yīng)該達(dá)到卡爾達(dá)肖夫 II 型文明。馬斯克認(rèn)為，我們目前僅處于 I 型文明的 5% 以下。為了達(dá)到 30% 左右，我們需要在所有沙漠或高度干旱的地區(qū)放置太陽能電池板。

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皮查伊對此表示贊同，并表示我們應(yīng)該更多地?cái)U(kuò)展太陽能，而不是去尋找替代方案。

而 OpenAI 的 Sam Altman 也送上了祝賀。

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一、Willow究竟厲害在哪里？

Willow 的成就主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面——指數(shù)級減少錯(cuò)誤、性能“降N維打擊”超級計(jì)算機(jī)。

1.指數(shù)級減少錯(cuò)誤

這是量子計(jì)算領(lǐng)域長久以來的一大挑戰(zhàn)。通常情況下，使用的量子比特越多，發(fā)生的錯(cuò)誤就越多。但 Willow 實(shí)現(xiàn)了隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，錯(cuò)誤率反而指數(shù)級下降。谷歌在國際頂級期刊《自然》雜志上發(fā)表的結(jié)果顯示，他們測試了從 3x3、5x5 到 7x7 不同大小的量子比特網(wǎng)格，每次都能將錯(cuò)誤率減半。這被稱為“低于閾值”，是自 1995 年 Peter Shor 提出量子糾錯(cuò)以來一直未能攻克的難題。 這次的成果也是超導(dǎo)量子系統(tǒng)上實(shí)時(shí)糾錯(cuò)的首次成功案例之一，對于任何有用的計(jì)算都至關(guān)重要，因?yàn)槿绻荒茏銐蚩斓丶m正錯(cuò)誤，計(jì)算就會(huì)在完成之前被破壞。此外，這也是一個(gè)“超越盈虧平衡”的演示，其中量子比特陣列的壽命比單個(gè)物理量子比特的壽命更長，這是一個(gè)無法偽造的標(biāo)志，表明糾錯(cuò)正在改善整個(gè)系統(tǒng)。作為第一個(gè)低于閾值的系統(tǒng)，這是迄今為止為可擴(kuò)展邏輯量子位構(gòu)建的最令人信服的原型。

2.性能“降維打擊”超級計(jì)算機(jī)

谷歌使用了隨機(jī)電路采樣 (RCS) 基準(zhǔn)測試來衡量 Willow 的性能。RCS 由谷歌團(tuán)隊(duì)率先提出，現(xiàn)在已成為業(yè)界廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)，它是目前可以在量子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的最難的經(jīng)典基準(zhǔn)測試。Willow 的測試結(jié)果令人震驚：它在不到 5 分鐘的時(shí)間內(nèi)完成了一項(xiàng)計(jì)算，而這在當(dāng)今最快的超級計(jì)算機(jī)之一上需要 10^25 年，也就是 10 萬億億年。這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了物理學(xué)中的已知時(shí)間尺度，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了宇宙的年齡。這也印證了量子計(jì)算發(fā)生在多個(gè)平行宇宙中的觀點(diǎn)，與我們生活在一個(gè)多重宇宙中的想法相符，這是 David Deutsch 最初提出的預(yù)測。 值得注意的是，谷歌對 Frontier 超算的評估是基于保守假設(shè)的，例如假設(shè)可以完全訪問輔助存儲(chǔ)（即硬盤驅(qū)動(dòng)器），且沒有任何帶寬開銷——這對 Frontier 來說是一個(gè)慷慨且不切實(shí)際的事項(xiàng)。

當(dāng)然，Willow還有不少突破的地方——

• 105 個(gè)量子比特: Willow 擁有 105 個(gè)量子比特，在量子糾錯(cuò)和隨機(jī)電路采樣這兩個(gè)系統(tǒng)基準(zhǔn)測試中均實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最佳性能。
• T1 時(shí)間提升 5 倍: T1 時(shí)間（衡量量子比特保持激發(fā)態(tài)的時(shí)間）接近 100 微秒，比上一代芯片提升了 5 倍。
• 先進(jìn)的制造設(shè)施: Willow 是在谷歌位于圣巴巴拉的最先進(jìn)制造工廠生產(chǎn)的，該工廠是全球少數(shù)幾個(gè)為此目的從零開始建造的工廠之一。系統(tǒng)工程在量子芯片的設(shè)計(jì)和制造過程中至關(guān)重要：芯片的所有組件，例如單量子比特和雙量子比特門、量子比特復(fù)位和讀出，都必須同時(shí)進(jìn)行良好的工程設(shè)計(jì)和集成。

二、谷歌下一步：改變游戲規(guī)則的應(yīng)用

谷歌的下一個(gè)挑戰(zhàn)是在今天的量子芯片上演示第一個(gè)“有用的、超越經(jīng)典的”計(jì)算，它與現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用相關(guān)。他們樂觀地認(rèn)為 Willow 一代芯片可以幫助他們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。他們邀請研究人員、工程師和開發(fā)者通過查看他們的開源軟件和教育資源（包括他們在 Coursera 上的新課程）加入他們的行列，在那里開發(fā)者可以學(xué)習(xí)量子糾錯(cuò)的要點(diǎn)，并幫助他們創(chuàng)建可以解決未來問題的算法。

皮查伊認(rèn)為，高級 AI 將顯著受益于量子計(jì)算，并表示：量子算法有基本的規(guī)模規(guī)律作為支撐，正如我們用 RCS 看到的那樣。

對于許多對人工智能至關(guān)重要的基礎(chǔ)計(jì)算任務(wù)，也存在類似的縮放優(yōu)勢。

因此，量子計(jì)算對于收集經(jīng)典機(jī)器無法訪問的訓(xùn)練數(shù)據(jù)、訓(xùn)練和優(yōu)化某些學(xué)習(xí)架構(gòu)以及對量子效應(yīng)很重要的系統(tǒng)進(jìn)行建模將是不可或缺的。這包括幫助我們發(fā)現(xiàn)新藥、為電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)更高效的電池，以及加速聚變和新能源替代品的進(jìn)展。許多此類未來改變游戲規(guī)則的應(yīng)用程序在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上將不可行；它們正等待著量子計(jì)算來解鎖。

你認(rèn)為，此次谷歌發(fā)布的量子芯片 Willow 真的會(huì)顛覆掉現(xiàn)有大模型訓(xùn)練體系嗎？歡迎留下你的看法。

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