中科大校友，谷歌量子处理器总监 Yu Chen 揭秘Willow量子芯片背后的“秘诀”

谷歌量子AI团队昨天宣布了一项里程碑式的算法突破，其“Willow”量子芯片成功运行了“量子回声”（Quantum Echoes）算法，首次在硬件上实现了可验证的量子优势，成果发表于《自然》杂志，这一成果由谷歌量子处理器总监Yu Chen和量子硬件首席科学家，2025诺贝尔物理学奖获得者Michel Devoret共同发布，标志着朝着实现有用的量子计算迈出了关键一步，还不清楚状况的看我昨天的文章

构建量子计算机面临一个核心挑战：如何在不丢失宝贵量子信息的前提下，对量子比特进行精确控制？

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

Willow的“独家秘方”：破解控制难题

此次突破的核心，正是谷歌最先进的量子芯片——Willow。它基于超导量子电路构建，这一技术路线在性能和可扩展性上已展现出卓越的平衡，是构建容错量子计算机的领先平台之一

要释放量子计算的潜力，就必须解决控制与退相干之间的矛盾。Yu Chen提到谷歌在硬件设计和控制系统上取得了突破，它使得团队能够在维持高保真度的同时，对量子系统进行前所未有的高速操控

为了验证这一能力，团队执行了一项复杂的“量子回声算法”（Quantum Echoes algorithm）。该算法旨在揭示量子系统的内部动力学，对芯片的系统级性能、量子门的精度和测量速度都提出了极为苛刻的要求

而Willow芯片不负众望。在其整个105量子比特阵列中，其关键性能指标如下：

• • 单量子比特门保真度： 99.97%

• • 纠缠门保真度： 99.88%

• • 读出保真度： 99.5%

所有操作均在几十到几百纳秒内完成，为实现惊人的计算加速奠定了基础

13000倍加速：史上最复杂实验之一

高精度与高速度的结合，将谷歌的实验推向了经典计算机无法企及的领域

Yu Chen透露，Willow的独家秘方让量子回波算法的运行速度实现了13000倍的惊人提升。正是这种前所未有的速度，使得团队能够在整个项目过程中完成一万亿次测量——这在所有量子计算机上有史以来执行过的全部测量中，也占有重要比例，使其成为量子计算历史上最复杂的实验之一

容错：谷歌的战略路线图

此次可验证量子优势的实现，是谷歌量子AI路线图上的又一个关键进展。谷歌的目标是开发能够执行复杂、纠错计算的大规模量子计算机，并为此制定了包含六个里程碑的清晰路线图，以指导其开发高质量的量子硬件和软件

以下是谷歌量子计算路线图的六大里程碑详情：

里程碑 1：超越经典 (Beyond Classical)

物理量子比特 (Physical Qubits): 54
逻辑量子比特错误率 (Logical Qubit Error Rate): -

里程碑 2：量子纠错 (Quantum Error Correction)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10² (百量级)
逻辑量子比特错误率 (Logical Qubit Error Rate): 10⁻²

里程碑 3：构建一个长寿命的逻辑量子比特 (Building a Long-Lived Logical Qubit)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10³ (千量级)
逻辑量子比特错误率 (Logical Qubit Error Rate): 10⁻⁶

里程碑 4：创建一个逻辑门 (Creating a Logical Gate)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10⁴ (万量级)
逻辑量子比特错误率 (Logical Qubit Error Rate): 10⁻⁶

里程碑 5：工程化扩展 (Engineering Scale Up)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10⁵ (十万量级)
逻辑量子比特错误率 (Logical Qubit Error Rate): 10⁻⁶

里程碑 6：大型纠错量子计算机 (Large Error-Corrected Quantum Computer)

物理量子比特 (Physical Qubits): 10⁶ (百万量级)
逻辑量子比特错误率 (Logical Qubit Error Rate): 10⁻¹³

此前，谷歌已分别于2019年和2023年完成了前两个里程碑。随着Willow的发布，团队通过展示低于阈值的量子纠错，正稳步迈向“里程碑3”

谷歌表示，在迈向最终构建容错量子计算机的道路上，挑战依然巨大，需要在系统性能和规模上实现数量级的提升。但今天展示的成果，特别是对量子比特前所未有的控制能力，无疑为应对未来挑战注入了强大的信心

Yu Chen

Yu Chen 现任谷歌量子处理器总监

本科毕业于中科大物理学专业，博士毕业于明尼苏达大学双城分校凝聚态物理

2014年加入谷歌，谷歌学术他引次数超过35000