Google 在 Willow 芯片上首次实现魔态培育，坏品率降至原来的 1/40

Google 量子计算新进展：一种关键“零件”的次品率降到原来的 1/40 Google 今天在《科学》期刊发表论文，在自家量子芯片 Willow 上验证了一种制造“魔态”的新办法，做出来的魔态，坏的比例降到原来的 1/40 左右。魔态是什么、为什么重要，得先从量子计算机的一个大毛病说起。 量子计算机是一种新型计算机，理论上，在模拟药物分子、破解密码这类题目上，能比普通电脑快得多。它最小的计算单元叫量子比特，相当于普通电脑里存 0 和 1 的那个单元，但极其娇气，一点热量、一点干扰就会出错。所以到今天，还没有一台量子计算机能真正干正事。 为了不出错，科学家给量子比特设计了一套保护办法，叫“纠错”，可以理解为给数据穿上一层防护服。穿着防护服，大部分操作照样能做。麻烦的是，有一种关键操作，穿着防护服没法直接做。偏偏只靠剩下那些操作，量子计算机能算的东西，普通电脑也都能算，等于白造了。 魔态就是为这个关键操作准备的。科学家想了个绕道的办法：事先单独把一些量子比特调成一种特殊的状态，这种状态就叫“魔态”。计算中每需要做一次那个关键操作，就把一份魔态“喂”进去，效果就等于做了这个操作。喂进去就用掉了，下次还得再备一份。 所以可以把魔态想成一把一次性钥匙：量子计算机每开一次那扇关键的门，就要用掉一把。之所以叫“魔态”，是因为量子计算机比普通电脑强的那份“魔力”，就靠它来实现。 问题出在造钥匙上。魔态本身也是量子比特，一样娇气，很容易造坏，一把坏钥匙用进去，整道题就算错了。以前的办法是先造一大堆粗糙的魔态，再一遍遍提纯，非常费资源。有估算说，一台量子计算机最多可能要拿出 95% 的能力专门造魔态，真正用来算题的只剩一小部分。科学家 20 多年前就预见到这个瓶颈，一直在想办法压低成本。 2024 年，Google 的研究员提出了一个新办法，叫“培育”：在芯片上划出一小块地方，放进一份粗糙的魔态，然后一步步检查，只要哪一步发现问题，马上扔掉重来，能一路通过所有检查的，就是合格的魔态。有点像流水线上每道工序都站着质检员，次品当场就扔。 这次是第一次在真实芯片上把这个办法做成。不用培育时，大约每 1000 份魔态里有 4 份是坏的；用了培育之后，大约 1 万份里才有 1 份坏的。代价是扔掉的很多，100 次尝试里只有 8 次能留下来。 离真正能用还有多远？按《科学美国人》的报道，要用量子计算机模拟分子、帮忙设计新药，魔态坏的比例得低到百万分之一甚至一亿分之一；要破解现在网上广泛使用的 RSA 加密，得低到 100 亿份里最多坏 1 份。现在做到的是 1 万份坏 1 份。Google 自己也说，这个办法还要在更大的规模上验证，还有很多难题没解决。 原文： blog.google/innovation-and… 论文： science.org/doi/10.1126/sc… 预印本： arxiv.org/abs/2512.13908 《科学美国人》报道： scientificamerican.com/article/google… Your browser does not support the video tag. 🔗 View on Twitter Sundar Pichai @sundarpichai Some magical progress towards "magic state" in quantum! Our @GoogleQuantumAI team has demonstrated "magic state cultivation" on physical hardware for the first time. The result is a 40x error reduction on our Willow processor vs. previous methods, achieving a state-of-the-art 99.99% logical fidelity. It's another step towards useful, error-corrected quantum computers to help solve the hardest problems. The result is published in Science today, watch the video below to see how it works Your browser does not support the video tag. 🔗 View on Twitter 🔗 View Quoted Tweet 💬 1 🔄 0 ❤️ 1 👀 340 📊 1 ⚡