進入 Google 量子 AI 實驗室

今天，谷歌的量子人工智慧團隊推出了威洛（Willow），這是一個最先進的量子計算晶片，已經展示了它不僅能夠指數級地修正錯誤，還能在已知的物理時間範圍內，處理某些計算的速度比超級電腦更快。

這是量子人工智慧團隊在創造可靠的量子電腦之旅中的一個重要里程碑，這台電腦將擴展人類的知識，造福所有人。量子計算是一種新的計算方法，人們正在建造利用量子力學——宇宙的基本語言——的機器，以突破傳統計算的限制。

走進谷歌量子人工智慧實驗室，了解量子計算是如何運作的，並理解六個關鍵的量子概念。

1. 量子計算：為什麼其他一切都是「傳統計算」

量子計算是一種全新的計算風格。大多數人都熟悉傳統計算：二進位數字（或稱「位元」）可以是1或0，這些位元驅動著從圖形計算器到大型數據中心的所有設備，並且是過去半個世紀幾乎所有數位創新的基礎。

量子計算則不同。它不使用傳統的位元，而是使用量子位元，或稱「量子位」（qubits）。

2. 量子位：量子計算的基本單位

量子位的行為遵循量子物理的法則。它們不僅限於二進位的1和0，而是可以同時存在於兩者的混合狀態。量子位可以在超位置（同時存在多個狀態）中儲存0和1的信息。它們還可以彼此糾纏，形成更複雜的組合——例如，兩個量子位可以同時處於00、01、10和11的混合狀態。當你將許多量子位糾纏在一起時，你會開啟大量的狀態，這給你帶來了強大的計算能力。這兩個特殊的特性使量子電腦能夠比傳統電腦更快地解決一些最困難的問題。

3. 製造：量子人工智慧團隊如何製作量子位晶片

與傳統計算晶片不同——這些晶片由一個龐大且成熟的產業生產——量子計算是一種全新的計算風格，因此谷歌在內部製作我們自己的量子位，使用超導集成電路。通過以新的方式對超導金屬進行圖案化，我們形成具有電容（在電場中儲存能量的能力）和電感（在磁場中儲存能量的能力）的電路，還有特殊的非線性元件稱為約瑟夫森接點（Josephson junctions）。通過仔細選擇材料和調整製造過程，我們可以製造出高品質的量子位晶片，這些晶片可以被控制並整合到大型複雜的設備中。

4. 噪音：建造包裝以保護量子電腦免受干擾

量子電腦有時會很挑剔。它們能解決傳統電腦無法解決的問題，但也非常容易受到「噪音」的影響，這些噪音包括無線電波、電磁場和熱量（甚至是宇宙射線！）。因此——就像為錄音藝術家建造一個音響工作室一樣——為了保護量子計算過程的完整性，量子人工智慧團隊建造了特殊的包裝來減少噪音。他們將量子位放在這種特殊的包裝中，以便將它們連接到外部世界，同時儘量減少外部干擾的影響。實現這一點需要大量複雜的機械和電磁工程工作，還需要關注細節，例如選擇合適的材料或決定電路孔的具體位置。

5. 接線：創建控制量子電腦的通道

控制量子電腦需要在極端變化的環境中傳送信號。我們使用微波信號來控制量子位，這些信號通過特殊的電線從室溫傳送到極低的溫度。這些電線的選擇確保我們能以最有效和準確的方式傳送信號。在這些電線中添加過濾元件進一步保護我們的量子位不受外部噪音的影響。

6. 稀釋冰箱：宇宙中最冷的地方之一

操作超導量子位需要將它們保持在比外太空還要低的極低溫度。需要一種特殊的設備稱為稀釋冰箱來達到這些超冷和黑暗的條件。通過將量子位放在稀釋冰箱內，超導金屬可以進入零電阻狀態——這是一種電流可以無能量損失地流動的寒冷狀態——我們可以減少不必要的熱噪音。這樣，我們的超導量子位可以保持其量子特性，並執行複雜的量子計算。

威洛（Willow）是我們量子人工智慧團隊解鎖量子計算全部潛力的最新一步。現在你已經對我們的實驗室工作有了一些了解，請查看我們的量子計算路線圖，看看我們計劃如何將量子技術從實驗室帶入實際應用。