摘要：一台量子计算机用2.1小时完成的任务，全球最快的超级计算机需要连续工作3.2年才能完成——这不是科幻小说的桥段，而是刚刚发表在《自然》封面上的现实突破。

一台量子计算机用2.1小时完成的任务，全球最快的超级计算机需要连续工作3.2年才能完成——这不是科幻小说的桥段，而是刚刚发表在《自然》封面上的现实突破。

10月22日，谷歌量子AI团队在《自然》杂志宣布，他们首次在真实硬件上实现了可验证的量子算法，性能超越全球最快超算13,000倍。这一成果标志着量子计算从理论演示向解决实际科学问题迈出了关键一步。

更值得关注的是，这项突破性研究的团队中不乏中国科学家的身影。谷歌量子人工智能实验室处理器总监Yu Chen本科毕业于中国科学技术大学物理学专业，展现了华人科学家在这一前沿领域的重要贡献。

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01 突破本质：从“量子优越性”到“实用量子优势”

谷歌此次实现的突破，与2019年首次宣布的“量子优越性”有本质区别。

此前量子计算机主要在随机电路采样等特定任务上超越经典计算机，而这次则是在有实际科学价值的算法上实现超越。

研究团队在65量子比特的超导处理器上，成功测量了 “二阶无序时序关联函数” 。

这个专业术语背后的核心思想，是通过“向前-向后”的时间反演技术，捕捉量子系统在混沌状态下的隐藏信息。

简单来说，就像是在量子世界中制造了一个“时间回声”——让量子系统先向前演化，然后施加一个微小扰动，再让它向后演化，通过测量前后的干涉效应，揭示出经典方法无法观测的量子关联。

02 技术核心：量子版的“蝴蝶效应”

谷歌团队借鉴了混沌理论中的“蝴蝶效应”概念，在量子处理器上创造了类似的现象。

整个算法被命名为 “量子回声” ，分为四个步骤：先让系统在时间上向前演化，然后施加一个微小的“蝴蝶扰动”，接着让系统在时间上向后演化。

在量子计算机上，向前和向后的演化会相互干涉，形成一种类似波的运动会将扰动在空间中传播出去，最终可以在远处的量子比特上被检测到。

这种机制使得研究人员能够观测量子信息如何编织般地进出混沌状态——这是一个无法用经典工具直接可视化或计算的过程。

03 中国进展：从追赶到并跑的量子竞赛

面对国际量子计算的迅猛发展，中国的科研机构和企业也在积极布局。

在学术研究方面，清华大学、浙江大学等高校在量子计算与量子算法领域持续投入。

浙江大学团队近期在自然语言处理与量子计算的交叉领域发表了最新研究成果。

阿里巴巴达摩院也在量子计算与人工智能的结合方面进行了深入探索。

这些研究虽然与谷歌的突破方向不同，但体现了中国在量子计算多元发展路径上的努力。

中国的量子计算发展策略注重发挥“后发优势”，一方面利用在传统信息技术领域积累的工程能力，另一方面聚焦关键核心技术突破。

从整个亚太地区来看，新加坡国立大学、香港大学等机构也在量子计算相关领域有着活跃表现，形成了区域性的科研合力。

04 实际应用：从核磁共振到药物设计

谷歌此次突破最引人注目的特点之一，是它与现实世界的科学工具建立了直接联系。

研究人员证明，“量子回声”算法能够扩展核磁共振光谱学的应用能力。

核磁共振是化学与材料科学领域最成熟的工具之一，但传统上其灵敏度随距离增加而急剧下降。

通过量子处理器模拟这些偶极相互作用，团队展示了如何模拟微弱信号在分子中传播，有效创造“更长的分子尺度”。

谷歌首席科学家、诺贝尔奖得主Michel Devoret指出：

“从核磁共振实验中获取数据，实际上是对自然界中某个分子的一次探测。如果你能反演这些数据，便可以揭示出用其他任何方法都无法获知的结构。”

这一技术有望在生物化学、药物设计和凝聚态物理等领域产生深远影响。

05 行业影响：量子计算进入“实用探索”新阶段

谷歌的这项突破，为量子计算在多个领域的应用打开了新的大门。

医药研发领域可能成为首批受益者。通过更精确地模拟分子间的量子相互作用，研究人员可以加速新药的开发过程，更准确地预测药物与靶点蛋白的结合方式。

材料科学也将迎来新的机遇。量子计算机能够模拟复杂材料的电子结构，帮助科学家设计出更高性能的电池材料、超导体或新型催化剂。

甚至在人工智能领域，量子计算的并行处理能力也能优化机器学习算法，处理经典计算机难以应对的大规模数据。

金融风险分析、气候预测等需要处理极端复杂系统的领域，也都将因量子计算的发展而获得新的工具。

06 挑战仍存：量子计算的现实瓶颈

尽管成果令人振奋，但谷歌团队并未声称实现了完全通用的量子优势。

量子处理器目前仍需要精心优化的电路和大量的错误缓解技术。

实验中使用的Willow芯片虽然达到了0.15%的双量子比特门错误率，以当今标准已相当出色，但仍未达到容错计算所需的阈值。

测得的信噪比虽然高于1，但数值并不大，意味着数据在统计上是可靠的，但并非完全不受噪声或漂移的影响。

学术界对这项突破的评价也趋于理性。纽约大学量子物理学家Dries Sels表示：“就个人而言，我认为这尚不足以支撑如此重大的声明。”

达特茅斯学院量子物理学家James Whitfield评价道，虽然这项技术进步令人印象深刻，但“若认为它能立即解决某些具有经济价值的问题，则略显牵强”。

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谷歌的下一个目标是实现“长寿命逻辑量子比特”，这是其量子硬件路线图上的第三座里程碑。与此同时，中国科研机构与企业也在加紧布局，在这场关乎未来的量子竞赛中不甘落后。

量子计算已不再仅仅是实验室里的新奇玩具，而是开始为解决实际科学问题提供全新工具。当实用量子优势的曙光初现，下一个十年或将见证这场科技革命真正改变我们的世界。

来源：智能学院