中科大校友，谷歌量子處理器總監 Yu Chen 揭秘Willow量子芯片背后的“秘訣”

谷歌量子AI團隊昨天宣布了一項里程碑式的算法突破，其“Willow”量子芯片成功運行了“量子回聲”（Quantum Echoes）算法，首次在硬件上實現了可驗證的量子優勢，成果發表于《自然》雜志，這一成果由谷歌量子處理器總監Yu Chen和量子硬件首席科學家，2025諾貝爾物理學獎獲得者Michel Devoret共同發布，標志著朝著實現有用的量子計算邁出了關鍵一步，還不清楚狀況的看我昨天的文章

構建量子計算機面臨一個核心挑戰：如何在不丟失寶貴量子信息的前提下，對量子比特進行精確控制？

今天yu chen 和Michel Devoret又揭秘了一些Willow芯片背后的故事

Willow的“獨家秘方”：破解控制難題

此次突破的核心，正是谷歌最先進的量子芯片——Willow。它基于超導量子電路構建，這一技術路線在性能和可擴展性上已展現出卓越的平衡，是構建容錯量子計算機的領先平臺之一

要釋放量子計算的潛力，就必須解決控制與退相干之間的矛盾。Yu Chen提到谷歌在硬件設計和控制系統上取得了突破，它使得團隊能夠在維持高保真度的同時，對量子系統進行前所未有的高速操控

為了驗證這一能力，團隊執行了一項復雜的“量子回聲算法”（Quantum Echoes algorithm）。該算法旨在揭示量子系統的內部動力學，對芯片的系統級性能、量子門的精度和測量速度都提出了極為苛刻的要求

而Willow芯片不負眾望。在其整個105量子比特陣列中，其關鍵性能指標如下：

• ? 單量子比特門保真度： 99.97%

• ? 糾纏門保真度： 99.88%

• ? 讀出保真度： 99.5%

所有操作均在幾十到幾百納秒內完成，為實現驚人的計算加速奠定了基礎

13000倍加速：史上最復雜實驗之一

高精度與高速度的結合，將谷歌的實驗推向了經典計算機無法企及的領域

Yu Chen透露，Willow的獨家秘方讓量子回波算法的運行速度實現了13000倍的驚人提升。正是這種前所未有的速度，使得團隊能夠在整個項目過程中完成一萬億次測量——這在所有量子計算機上有史以來執行過的全部測量中，也占有重要比例，使其成為量子計算歷史上最復雜的實驗之一

容錯：谷歌的戰略路線圖

此次可驗證量子優勢的實現，是谷歌量子AI路線圖上的又一個關鍵進展。谷歌的目標是開發能夠執行復雜、糾錯計算的大規模量子計算機，并為此制定了包含六個里程碑的清晰路線圖，以指導其開發高質量的量子硬件和軟件

以下是谷歌量子計算路線圖的六大里程碑詳情：

里程碑 1：超越經典 (Beyond Classical)

物理量子比特 (Physical Qubits): 54
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): -

里程碑 2：量子糾錯 (Quantum Error Correction)

物理量子比特 (Physical Qubits): 102 (百量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10?2

里程碑 3：構建一個長壽命的邏輯量子比特 (Building a Long-Lived Logical Qubit)

物理量子比特 (Physical Qubits): 103 (千量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10??

里程碑 4：創建一個邏輯門 (Creating a Logical Gate)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10? (萬量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10??

里程碑 5：工程化擴展 (Engineering Scale Up)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10? (十萬量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10??

里程碑 6：大型糾錯量子計算機 (Large Error-Corrected Quantum Computer)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10? (百萬量級)
邏輯量子比特錯誤率 (Logical Qubit Error Rate): 10?13

此前，谷歌已分別于2019年和2023年完成了前兩個里程碑。隨著Willow的發布，團隊通過展示低于閾值的量子糾錯，正穩步邁向“里程碑3”

谷歌表示，在邁向最終構建容錯量子計算機的道路上，挑戰依然巨大，需要在系統性能和規模上實現數量級的提升。但今天展示的成果，特別是對量子比特前所未有的控制能力，無疑為應對未來挑戰注入了強大的信心

Yu Chen

Yu Chen 現任谷歌量子處理器總監

本科畢業于中科大物理學專業，博士畢業于明尼蘇達大學雙城分校凝聚態物理

2014年加入谷歌，谷歌學術他引次數超過35000