Google發表Quantum Echoes演算法 首次在硬體上實現可驗證的量子優勢

作者: 黃繼寬
2025 年 10 月 23 日

Google宣布,其量子運算部門已開發出一款新的量子演算法Quantum Echoes,並搭配其自家量子晶片Willow運行,實現了第一個「可驗證」且超越傳統超級電腦能力的量子運算,據稱速度可達傳統演算法的1.3萬倍。

Google發表Quantum Echoes演算法,實現人類史上第一次「可驗證」的量子運算。

Google在官方部落格指出,此次研究為:「歷史上首次展示量子電腦在硬體上成功運行一個可驗證演算法,且速度比目前最快的超級電腦快上13,000倍。 所謂「可驗證」(Verifiable)意即:該結果可在相近規格的量子系統上重複執行並得出相同答案,從而確認其運算結果的可靠性。

該演算法名為Quantum Echoes,其核心機制是使用亂序時間相關器(Out-of-Time Order Correlators, OTOC)技術,先將量子系統沿前進時間演化,再對其中一個量子位元(Qubit)施加擾動,再反向演化,最後觀察「迴聲」回傳訊號。這段過程借助建設性干涉(Constructive Interference)將微小效應放大,使得測量極致敏感。

實驗中,Google使用Willow晶片在一個105量子比特陣列上進行操作。結果顯示,在該平台上運行的Quantum Echoes演算法已進入「超越經典」(Beyond-classical)運算範疇,這代表對某些特定任務,量子系統已具備超越傳統超級電腦的能力。

Google強調,此次演算法突破並非僅停留在展示量子優勢層面,而是朝向實際可用場景邁出重要一步。該技術可應用於模擬量子力學現象,例如原子與粒子的交互、分子結構與形狀等,這些正是化學、生物、材料科學等領域的核心。事實上,Google團隊已與加州大學柏克萊分校合作,在Willow晶片上對兩個分子(分別含15個原子與28個原子)執行該演算法,以驗證其能力。實驗結果與傳統核磁共振(NMR)方法所得結果一致,並揭示了NMR通常難以取得的結構資訊。

正如望遠鏡和顯微鏡開闢了全新、未見的世界,這項實驗是邁向量子顯微鏡(Quantum-scope)的一步,未來它將有能力測量以前無法觀測到的自然現象。由量子運算增強的NMR可望成為藥物開發的強大工具,幫助確定潛在藥物如何與其標靶結合;或在材料科學中,用於鑑定新材料(如聚合物、電池組件,甚至構成量子位元的材料)的分子結構。

Google量子AI合作夥伴、加州大學柏克萊分校化學系助理教授Ashok Ajoy指出,核磁共振(NMR)是磁振造影(MRI)的光譜學近親。透過探測原子中心的微小磁自旋來揭示分子結構。Google的Quantum Echoes演算法展示了量子電腦在高效模擬和解開這些複雜自旋交互作用(甚至可能跨越長距離)方面的潛力。隨著量子運算的持續成熟,這樣的方法可以增強核磁共振的光譜學,為其在藥物探索和先進材料設計的強大工具箱中,再增添一項利器。

接下來,Google團隊將朝向全尺寸、具容錯能力的量子電腦擴展,並預期將有更多此類有用的實際應用被發明出來。現在,Google團隊正專注於實現其量子硬體發展藍圖中的第三個里程碑:一個長壽命的邏輯量子位元(Logical Qubit)。

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