谷歌（Google）在实用量子计算机领域迈出了决定性一步。谷歌量子人工智能（Google Quantum AI）研究团队报告了首例“可验证的量子优势”——即量子计算系统相较于传统超级计算机产生的、可被其他系统复现的可量化计算优势。
这一突破的核心是名为“量子回波（Quantum Echoes）”的全新算法，该算法运行于2024年12月发布的谷歌“柳树（Willow）”量子处理器上。该系统仅用两小时就完成了量子动力学模拟，而同等任务若由“前沿（Frontier）”超级计算机执行需耗时约3.2年。据《自然》（Nature）期刊发表的报告，这意味着实现了13,000倍的性能飞跃。
比前代更重大的突破
谷歌虽曾在2019年宣布实现“量子霸权”，但当时因其演示的计算任务过于理论化且难以理解而受到质疑。
本次实验则截然不同。“量子回波”的计算结果具有可验证性，意味着其他量子计算机执行相同运算能获得一致结果。这为量子架构在真实科研任务中的优越性提供了首个可量化的实证。
“量子回波”的运行原理
该算法采用名为“无序时间关联器（OTOC）”的技术：研究人员向量子系统注入信号，刻意扰动单个量子比特后逆转该过程。返回的“回波”可揭示系统稳定性（可类比经典物理学中的声学回波现象）。
实验在谷歌的105量子比特“柳树”处理器上完成，该处理器此前已在量子纠错领域取得突破。新成果表明谷歌硬件现已具备输出可复现结果所需的精度与稳定性，这是构建容错量子计算机的关键进展。
该技术不仅具有理论价值，更具备实际应用潜力。在与加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的合作中，该算法被用于分析分子结构，其结果与核磁共振测量一致，同时还提供了传统测量方法无法捕获的额外细节。
对未来发展的意义
据谷歌预测，“量子回波”算法有望在未来五年内开启实际应用场景，包括药物研发、新材料开发乃至高性能电池设计等领域。人工智能系统也将受益——未来量子计算机生成的数据或将超越经典计算机的模拟能力。
谷歌量子人工智能实验室创始人兼负责人哈特穆特·内文（Hartmut Neven）展望道：“经典计算机虽可进行近似计算，但无法精确解析分子层面的动态。而量子计算机让我们能够用自然的语言驾驭这种复杂性。”
新晋诺贝尔物理学奖得主、谷歌量子人工智能首席科学家米歇尔·德沃雷特（Michel Devoret）指出，“量子回波”堪称新的里程碑：“任何量子计算机执行相同计算都会获得一致结果，这是迈向成熟量子计算的新台阶。”
