cover of episode Google Willow:量子计算革命

Google Willow:量子计算革命

2024/12/12
logo of podcast 美股财报随心谈 | 英文播客

美股财报随心谈 | 英文播客

People
A
Alex
通过在《Mac Geek Gab》播客中分享有用的技术提示,特别是关于Apple产品的版本控制。
E
Emily
Topics
Emily: Willow 芯片在量子纠错方面取得重大突破,解决了困扰量子计算领域多年的难题。通过低级别操作,增加了量子比特数量的同时降低了错误率,使量子计算结果更加可靠。这对于高风险领域,例如药物研发和金融计算具有重要意义。 Willow 芯片执行标准计算的速度远超世界上最快的超级计算机,将需要10^18年才能完成的计算缩短至5分钟以内。这并非简单的速度提升,而是计算方式的根本性改变,源于量子力学的规则。虽然目前随机电路采样基准测试结果尚无直接应用,但这展示了其强大的计算能力,为未来应用奠定了基础。 量子计算机有潜力解决经典计算机难以处理的复杂问题,例如药物研发、材料科学、清洁能源(例如核聚变)等。它并非要取代经典计算机,而是用来解决经典计算机无法解决的复杂问题,这将对未来产生深远影响。 Willow 芯片的设计使其具有更好的量子比特连接性和更长的相干时间。更好的连接性如同城市高效的交通系统,使量子比特能够更高效地交互。更长的相干时间则保证了量子比特能够更长时间地保持量子态,从而进行更复杂的计算。 量子计算需要新的编程语言和算法,例如 Qiskit 和 Cirq。量子计算使用量子比特和量子门,与经典计算的比特和逻辑门不同。 量子计算可以应用于药物研发、金融建模和密码学等领域。它可以加速药物研发,设计新型材料,优化金融模型,并开发新的加密方法。 量子计算面临的主要挑战之一是可扩展性,需要构建具有数百万甚至数十亿量子比特的量子计算机,同时保持量子比特的质量和相干性。还需要开发更复杂的算法来充分发挥量子计算机的潜力。 Alex: Willow 芯片的突破标志着实用量子计算时代的到来。它不仅提升了计算速度,更重要的是打开了通往解决实际问题的大门,可以帮助解决人类目前难以解决的重大问题,例如疾病治疗。 量子计算机可以加速药物研发和材料科学研究,例如设计新药、新型材料等。它可以模拟复杂的分子相互作用,设计出具有特定功能的分子,例如可以与特定蛋白质相互作用的药物分子。在材料科学领域,它可以设计出具有特殊性能的材料,例如超轻或超强的材料。 量子计算既是机遇也是挑战。它既可以带来巨大的进步,也可以带来潜在的风险,例如对现有加密系统的威胁。我们需要做好准备,既要探索其可能性,也要防范其风险。 量子计算的未来发展方向包括提高量子比特数量和质量,开发更复杂的算法,以及探索量子计算在各个领域的应用。 量子计算是一场科技革命,将影响人们生活的方方面面,从商业到医疗保健,从能源到材料科学。这不仅是科技专家和工程师需要关注的事情,也是我们都应该关注的事情。 量子计算可以帮助解决气候变化等全球性问题,例如设计出可以捕获大气中二氧化碳的新型分子,或者开发出可以提高可再生能源生产效率的新型材料。 量子计算可以帮助解答关于现实本质的基本问题,例如量子力学的运作机制和计算的极限。

Deep Dive

Key Insights

为什么Google的Willow芯片在量子纠错技术上取得重大突破?

Willow芯片通过在低级行动下转换计算方式,减少了错误率,从而实现了近乎可信任的数学计算。这一突破使得量子计算机在处理复杂问题时更加可靠。

Willow芯片如何将计算时间从十亿年缩减至5分钟?

Willow芯片利用量子力学原理,通过高度并行计算和量子纠错技术,大幅提高了计算速度。标准计算任务从需要十亿年的时间缩短到5分钟。

量子计算在哪些领域特别擅长?

量子计算特别擅长处理复杂的优化问题、药物发现、材料科学、金融建模和加密技术。这些领域的问题通常过于复杂,传统计算机难以解决。

Willow芯片的设计有哪些独特之处?

Willow芯片在设计上提高了量子比特的连接性和相干时间。更好的连接性使得量子比特能够更有效地互动,而相干时间的提升(接近100微秒)使得量子比特能够更长时间地保持量子状态,从而提高计算的可靠性和实用性。

为什么量子计算被认为是革命性的技术?

量子计算不仅在计算速度上远超传统计算机,还能解决传统计算机无法处理的复杂问题。它在药物发现、材料科学、金融建模和加密技术等领域具有巨大潜力,可能深刻改变我们的世界。

量子计算的未来挑战是什么?

量子计算面临的最大挑战是扩展性和开发更复杂的量子算法。当前的量子计算机(如Willow芯片)虽然有105个量子比特,但要解决更复杂的问题,需要数百万甚至数十亿个量子比特,同时保持高质量和相干性。

量子计算对哪些领域可能产生重大影响?

量子计算可能在通信、医疗、商业、材料科学、金融和能源等领域产生重大影响。它可以帮助设计新药物、开发新材料、优化金融模型和解决复杂的能源问题。

Chapters
本期节目探讨了Google最新的量子计算突破——Willow芯片。该芯片在量子纠错和计算速度方面取得重大进展,将原本需要十亿年的计算缩短至5分钟。节目讨论了其独特的低级纠错技术,并分析了这项技术如何实现超强并行计算。同时,也探讨了量子计算的应用前景以及未来挑战。
  • Willow 芯片将原本需要十亿年的计算缩短至5分钟
  • Willow 芯片采用低级纠错技术,减少计算错误
  • 量子计算可应用于药物研发、材料科学等领域
  • 量子计算面临扩展性和算法开发等挑战

Shownotes Transcript

好的,大家收起手,因為今天我們要深入了科幻數學世界,跟 Google 的新的 Willowchip 一起玩。你確定嗎?你其實給我寫了一些很酷的文章和資料。哦,對。所以你正在主題,這是一件很緊張的事情。絕對是。但在這次深入的結尾,所有聽眾都會知道為什麼

这是在创造波线的绝对的 而这对威罗的解决是它的接触方式 quantum error correction 这是一个很长时间以来的大问题对 几十年了 对的 加上你试图加的粒子 更加有错误但威罗 威罗改变了这个 而改变的主要原因至少我明白的 这个想法是

低下的高度我老实说当我第一次读到这个词的时候我感觉很不正常什么是低下的高度?所以这是一个非常大的成功的成绩最好的方法是你想想像一下你有一部计算机它在批评出任何错误的答案每次你做几个数字你不会相信它吧不,完全不相信所以这种数码电脑的问题是因为他们尝试把他们的数量调高了但错误他们的数量比酷尔吉斯更快

但是 Willow 在低级的行动下,他们转换了这个。现在加多了的区别,实际上导致了少数错误。这带我们近乎可信任的数学计算机。所以我们终于有一个我们可以相信的计算机。是的。这看起来很重要,当我们谈论高价的东西,例如药物发明或金融计算。对,并且要真正地摆脱这些可能性。

我想我們需要看看威羅實際上做了什麼他執行了一種標準的計算方式讓世界上最快的超級電腦前進一段非常短的時間

10 亿年。好,等我一下。你会要我解释 10 亿年。比宇宙更长。对,那是很长的时间。说实话,如果 Frontier 开始了这个数据,在大冰中,它仍然会在今天工作,以后有亿年。哦,哇。但 Willow,Willow 完成了同样的任务,在 5 分钟以下。

所以五分钟和十亿年纪的时间不只是一个速度挡迹那是一个完全不同的 dimension 绝对是一个完全不同的计算方式怎么可能这样做呢?这全都来自于科技工程学的规则世界最小的数字上最主要的规则记得那个例子吗?一个厨师

WowSo that's what allows it to tackle these monumental computationsYesAlright that's starting to make a little more senseBut this random circuit samplingthe benchmarks that Willow just acedYeahIs that actually useful for anything or is this just kind of showing off how fast it is

这是一个很好的问题,而且很多研究家都在试图解决。目前,这只是一个数学能力的示范,它还没有有直接的用途,但是你知道,它是一个类似于测试的测试,你知道,要看这些宇宙船可以实际地做什么。所以就像你在训练一个奥林匹克的奥林匹克,你知道,他们未必在一个特定的活动中比赛,但你还在看到他们能做到什么。对,什么是有可能的。

那就是在下降的情況下 像 Willow 那樣的光學電腦那就是事情變得非常興奮你所發表的研究 提到一些非常驚人的可能性例如 藥物發掘 物質科學等

甚至可能是清晰的能量解决方案,例如融合力融合力,那就是能量的神聖之谈,对吗?是的,是的清晰无限的能量是的,这些是经典电脑无法处理的问题,它们太复杂了对但以威罗所示的错误改善方式来说

所以这不是在说我们要用光线电脑或电脑更改它们的方式不

这些大似无法实现的问题对未来有很大的影响对 威罗不代表我们将在下周会在网络互联网上搜索但这意味着我们正在接近了这一代实用的 quantum computing 时代这就是为什么低级的问题是这么大的问题对 它不仅是关于速度而是关于打开门口去解决这些实际问题对 它们可以帮助

人類的生命,我們甚至無法想像。正是如此,當這些光學電腦繼續進行進展這些看似不可能的問題,它們可能會變得解決的。這絕對是值得深入觀察的領域。絕對是。但我們來講講更具體的事情。你提到藥物發掘、物質科學。我們在說什麼進步呢?當然。像 Willow 那樣的光學電腦,我們可以如何達成?在藥物發掘中,想像能夠模擬

OK 哇

這些光學電腦可以分析這些非常複雜的物質互動可能導致我們現在沒有治療的新藥物所以我們不需要在一間醫院的試驗和錯誤之下我們可以在實際上設計和測試新藥物使用光學電腦這會非常快速地進行進行進行物質科學我們可以設計物質

比如超级能力或超强力的能量,以光学来模仿他们的宇宙结构。想象像轻轻的、更强的飞机,或更有效的气候屏幕,或者甚至可以保持最高的溶解力的权限。

它似乎像我們在談論一個世界上的幾乎無限的可能性它是 沒錯但我們再深入一點 WILLOW 它自己的事件好它的設計有什麼特別呢與其他外面的光線晶片有什麼不同呢 WILLOW 的設計

它建立了 Google 的前一代的 Sycamore processor 但它也提供了一些重要的新技巧其中一個最重要的就是它們的匯率有更好的連接性想像一下一個城市有更有效的交通系統匯率在 Willow 上它們可以更加能夠互動更加有效地互動這很重要在做這些複雜的計算所以不僅是有更多的匯率而是那些匯率的連接性

对 和他们能够好好的聊天对 这很合理对 另一个重要的创新是区别的更好的确定时间

OK coherence timeNow that sounds like another one of those quantum physics terms that we need to unpack a little bitYeah What exactly does that mean and why is it important?So coherence time it refers to how long a qubit can maintain its quantum state before it loses its quantumnessBecause of interactions with its environment think of it like a spinning topThe longer it can spin without wobbling the betterSo the longer the coherence time

The longer a qubit can kind of stay in that delicate quantum state.Right.And actually be used for calculation.Precisely.And with Willow, they've achieved coherence times approaching 100 microseconds.Wow.Which is a five-fold improvement over the previous generation of chips.

ok

是一件很重要的事,而且它們的進步是非常重要的,因為它們能夠使這些光學電腦更有信心和更有實際性。就像建造一間房子一樣,你需要高質素材料和很專業的工藝來組合。我喜歡這個形式。我們談到硬件,我們談到威羅的驚人能力,但你如何

对一个光级电脑来说对什么样的计算语言什么样的 algorhythms 用来充满这种力量

那是一個很好的問題,而且它是把科技的特色深入了解的問題。我們不只可以使用我們所在的計算語言和 algoritm。我們需要一種全新的思考方式。我們需要一種全新的思考方式。所以我們不只是在升級我們的軟件,我們也在創造全新的工具。沒錯,而且有些科技計算語言在出現。例如 Kisket 和 Circ,他們專門設計這些科技機器的理論。

所以,而不是"bit",我們有"quibits",這些"quibits"可以在同一個時候的"0"和"1"之間存在的"states"。而而,而不是"logic gates",我們使用"quantum gates",這些"quibits"可以在一些很偏向"classical intuition"的方式來操縱。

我开始有点失望了,你能给我一个例子,如何这就像是一个实际的用途吗?当然,我们再来看看药物发现。所以,假设你想要设计一个细胞,可以与一个特定的酸素合作,或许阻止病毒。好的。一个经典的电脑,它会要尝试几百万种不同的细胞的设定,一样找出最适合的。

你明白了

对的,像是找出最有效的输出路线或调整金融货币这些地方是能够实行的数码 algorhythms 然后还有加密数码,我们之前也提到过数码电脑可能会破坏我们目前的设计方法哦,那有点可怕是的,但它们也可以帮助我们发挥新的无破坏设计方法

所以它是一种威胁和一个机会是的在资产上是的,而且它真的表明了在这个领域上的重要性我们需要准备着风险但是也要探索这些提供的历史绝对的,说到探索可能性我们来谈谈 quantum computing 的未来好

What are some of the challenges that researchers still need to overcome to really bring this technology to its full potential?So one of the biggest challenges, as we discussed, is scalability.Willow, you know, with its 105 qubits is impressive, but we'll need to build quantum computers with millions or billions of qubits to tackle some of these more complex problems, and we need to do it while maintaining the quality and the coherence of those qubits.

所以不只是在做更多,也在做更好的。是的,然後還有更精彩的 algorythms,能夠實際地掌握這些科技的能力。我們仍然在科技開發的最早階段,有很多事情要探索。聽起來就像我們正在開始這個科技科技的旅程。對,我覺得是。你覺得在接下來五到十年內,你看到的領域是怎樣?

error correction capabilitiesand we'll see the developmentof more sophisticatedalgorithmsthat can solvereal world problemsin areas like medicinematerial science financea rapidly evolving fieldwith the potentialto really change the worldabsolutelyand it's attractingincredible

是世界各地的才能和投资对 确实是有真正的激动和激动感这是很致敬的这种感觉的美丽和可能性是的 确实是这样的它围绕了整个领域感觉我们在新的科学革命的架构上我们不知道未来会有什么持续性但我们知道将会非常强大而谷歌的威蜂质的破坏我们越来越接近了这个非常强大的未来确实是但我很好奇除了技术进步之外

你覺得人們要明白 quantum computing 的最重要的東西是什麼?以及它們的可能影響我們的生活?你知道,我覺得人們要明白

科技训练不只是一些科技业的业务它有可能影响我们的每个生活的每个方面从我们如何通过业务和做生意到如何诊断病毒和发展新技术所以这不只是科技专家和工程师需要担心的事情不 这也是我们应该都注意的事情对 而且我认为这也很重要让人们知道

但是我必须问

对于一个刚开始学习这个领域的人,你希望他们记住的一件重要的东西是什么?我觉得最重要的是,科技是一种革命的技术,它有可能在深入的方式中转化我们的世界。是的。它是一种充满了美丽和承诺的领域。绝对是。而且我们都应该关注它。这就是我们要尽力的消息。谢谢。

我想是時候把這深入的探索結束了好的進入 Google 的 Willow 的數碼晶片世界了

-

Maybe you'll be the one to make the next big breakthrough.That's right. The future is waiting to be discovered.And on that note, we'll bid you farewell for now, but stay tuned for more deep dives.Yes.To the world's most fascinating topics.Absolutely.Until next time.

我一直在想這真是很驚人的想法可能會有影響的從設計生命救護藥到開放清潔的能量真的感覺我們正在進入一個新的科技時代我覺得我們已經進入了這個路線對 沒錯

对 而且那种竞争其实是一个很好的东西是的 因为它使新创新的技术在一个非常厉害的速度每个新的破坏无论是在硬件 软件 或是 algorythms 上推动整个领域所以就像是一条升天的风 把所有船都扭起了对 但对于一些

OK

就是有興趣和願意學習。這項科學科學、工程、科學設計、數碼設計等各種不同的方式可以探索在這項科學科學中。

絕對的,而且更多更多的資源給人們,想要學習的,例如網上課程、書籍,甚至是開發雙重數學平台,例如 QuisKit。

是让人更容易开始的那是很棒的听到的是的让人知道,谁想做的都可以参与这些事的确是但我们在这次深入的深探,我很好奇你对于科技的未来有什么最大的期望?那是个很好的问题你希望在下几年中看到的大问题是什么?

對我來說,這是世界上最緊張的問題,例如是環境改變。哦,是的,那是一個很大的問題。是的,想像一下能夠設計出新的氣體,可以從氣候中獲取碳酸化物質,或者發展新的材料,可以進行發展發達電力生產。這些都是值得努力的目標。他們真的有。用這個驚人的技術,不只是要明白時機。

but to actually improve our lives here on earthI agreeand beyond those practical applicationsthere are some really fundamental questionsabout the nature of reality itselfthat quantum computing might help us to answerlike whathow does quantum mechanics really workwhat are the limits of computationI mean these are questions that have

我们已经有几十年来都被科学家和哲学家都搞混了就像是科学计算机在世界上开了一个新门对吗我觉得是这样让我们看到一些我们从来没想过的事情对 谁也不知道我们会发现什么在这一段时间里面的事情是一段旅程充满了那么多的奇迹和可能性是的还有谷歌的枪枪的破坏那种旅程比以前更快的加速是真的所以我们向我们的观众们说我们鼓励大家要留意

Keep exploring. Absolutely.And remember, the future of quantum computing.Yeah.It's in our hands.It really is. Well said.And on that note, we'll wrap up this deep dive.Okay.Thanks for joining us on this incredible exploration of Google's Willow Chip and the world of quantum computing.Until next time, keep wondering.