据该领域的专家称，在建造实用量子计算机的竞赛中，尚存的最大技术障碍之一已被清除，这可能为本世纪末第一个全尺寸系统铺平道路。
在几十年来对基于量子力学原理的实用计算机的追求中，最新的乐观迹象是，b谷歌声称它在克服量子系统固有的不稳定性方面取得了一个重要的里程碑。
自8月份首次非正式发表以来，这些发现一直在量子计算领域引起关注。周一，他们发表在同行评议的《自然》杂志上。
谷歌还公布了其为进行演示而制造的更强大的新型量子芯片的细节，并称这将有助于扩大其现有技术的规模，使其具有实际用途。
该领域的专家将谷歌的成就与另一个科学里程碑——1942年第一个人造核连锁反应——相提并论。这一突破也早已在理论上得到了预测，但多年来设备的稳步发展才使实际演示成为可能。
“这早在上世纪90年代就在理论上提出了，”麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）物理学教授威廉·奥利弗（William Oliver）在谈到b谷歌的量子演示时说。“我们等待这个结果已经很多年了。”
德克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）的计算机科学教授斯科特·阿隆森（Scott Aaronson）说：“工程通常需要几十年的时间才能赶上理论，这就是我们在这里看到的。”
自从量子计算机的想法被首次提出以来，最大的障碍之一就是建立足够稳定的系统来处理大规模的计算操作。
它们依赖于量子效应，比如叠加态（粒子同时存在于多种状态）和纠缠态（处于量子态的粒子相互作用）。
但是，构建系统的量子比特（quantum bits）只能维持不到一秒的量子态，这意味着它们所拥有的任何信息都会很快丢失。
计算中涉及的量子比特越多，执行的计算操作越多，随着错误的合成而潜入的“噪音”就越大。
长期以来，科学家们一直希望通过一种被称为纠错的技术来解决这个问题，这种技术包括在多个量子比特中编码相同的信息，这样整个系统就能保留足够的信息来进行连贯的计算，即使单个量子比特“退相干”。
然而，要使纠错工作，单个量子位仍然需要足够高的质量，以使它们的组合输出有用，而不是退化为“噪声”。
b谷歌的研究人员在《自然》杂志上发表的论文中表示，他们首次跨过了这个重要的门槛。他们说，当他们从3x3的量子比特网格移动到5x5和7x7时，每一步的错误发生率都下降了两倍。
b谷歌去年早些时候报道称，它已经朝着有效纠错迈出了试探性的第一步。
但b谷歌的量子硬件主管朱利安·凯利（Julian Kelly）表示，该公司的最新发现有力地证明，当它将技术扩展到执行有用计算所需的数千个量子比特时，它可以克服系统固有的不稳定性。
谷歌的量子主管哈特穆特·内文（Hartmut Neven）说，下一步将是进一步降低其相互关联的量子比特分组的错误率，然后展示它可以将多个量子比特集合连接在一起，以执行有用的计算操作。
纠错方面的进步来自硬件的稳步改进。
b谷歌特别表示，在自己的设施中制造量子位的转变带来了质量的阶梯式变化。
该公司表示，新的量子比特保持其量子态的时间接近100微秒，即万分之一秒，虽然时间很短，但仍然比以前的硬件性能好五倍。
除了更大的稳定性之外，将新的生产技术和更大规模的生产引入该领域也有望降低成本。
Neven说，谷歌的目标是在本十年末将组件成本降低10倍，届时一个功能齐全的量子系统的成本约为10亿美元（17亿新西兰元）。
一些竞争对手表示，重要的设计考虑仍可能影响进展，并可能在此过程中出现问题。
IBM正在与谷歌赛跑，以建立第一个全尺寸的、容错的量子系统，但它质疑谷歌用于处理纠错的代码类型的实用性。
这被称为表面编码，涉及到在一个巨大的二维量子比特网格上协调信息。
IBM量子计算主管杰伊?甘贝塔（Jay Gambetta）预测，这种类型的代码将需要谷歌构建具有数十亿量子比特的系统来执行实际计算。
他说，IBM已经转向了一种不同类型的更模块化的代码，可以用更少的量子位运行。
然而，不同的设计决策也会带来不同的挑战。
IBM的技术涉及以三维模式而不是平面网格布局量子比特，这需要一种新型连接器，IBM表示希望在2026年之前生产出来。
b谷歌的内文表示，该公司相信其在最新研究中展示的技术表明，它可以达到实际规模，并且需要大约100万个量子比特来生产一个完整的系统。
作者：理查德·沃特斯圣地亚哥
?金融时报
