Does Google’s ‘mindboggling’ new chip bring quantum computers any closer?
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这是卫报。由于本周全国记者协会成员在卫报和观察家报进行的罢工行动，您可能会注意到未来几天您的卫报播客订阅中新剧集的可用性会受到一些影响。本集的所有工作都是在罢工行动开始之前完成的。更多信息，请访问theguardian.com。我们都有梦想。梦想中的房屋装修。梦想中的假期。梦想中的假期。

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长期以来，它们感觉像是科幻小说中的东西。如此快速和强大的计算机，它们可以使我们以创纪录的时间获得新药，允许以原子水平的细节读取MRI扫描，并快速完成计算，而这些计算需要当今最强大的机器花费的时间比宇宙的年龄还要长。

我最喜欢的量子应用是将信息从一个位置传送到另一个位置，而无需物理传输信息。听起来像是科幻小说，但这是可能的。尽管沿途取得了突破，但我们实际上可以使用的量子计算机似乎总是遥不可及。

但最近，对量子的驱动已经加快了。

各国正在投入数十亿美元用于研发。超级大国已经参与了一种量子的军备竞赛。美国总统乔·拜登已经对对华量子技术实施了出口禁令。周一，谷歌发布了一则感觉意义重大的公告。

谷歌股价今日上涨，此前该公司宣布取得量子计算突破，称其新型芯片Willow可以在短短五分钟内完成一项里程碑式的计算任务，而经典超级计算机完成这项任务则需要的时间比宇宙的历史还要长。那么今天，量子计算机究竟是什么？它们离实现其承诺还有多远？我是卫报的科学编辑伊恩·萨姆普尔，这是科学周刊。

我在小学长大。我决定我想学习物理学，因为我意识到我想成为企业号和星际迷航上的科学官。所以这是我真正进入科学、从事隐形传态工作的第一个动力。现在真的有可能从事这些令人难以置信的机器，它们确实是科幻小说的一部分。温弗里德·亨辛格并没有登上星际飞船企业号，但他确实长大后成为了萨塞克斯大学的量子技术教授。

量子计算是一个众所周知难以理解的课题，所以我请他先告诉我关于普通计算机的情况。它们是如何工作的？因此，普通计算机处理信息，您知道，无论是您编辑的Word文档还是您执行的计算。本质上，传统计算机将数据处理为位，零和一。

因此，您的处理器随后所做的就是执行一组逻辑程序。这些程序用于执行您希望计算机执行的计算，使用编码为零和一串的信息（我们称之为位）来解决特定的计算。好的，普通计算机，经典计算机使用位工作，它们要么打开要么关闭。

但是量子计算机利用了在原子尺度上出现的这种奇怪的特性，在这种尺度上，事物既不是某种事物也不是另一种事物。所以，用最基本的话来说，告诉我关于量子物理学的这个方面以及它如何应用于计算机。因此，量子物理学做出了相当奇怪和古怪的预测，这些预测确实让量子物理学家们在各个时代都感到不安。

在量子物理学中，我们发现一个物体可以同时处于两个不同的位置。这意味着您现在实际上可以坐在演播室里与我交谈，原则上，您也可以在家吃早餐。这是量子物理学中的一种可能性，即物体同时处于两个不同的位置。我们将其称为叠加。

您在更大的世界中无法用人看到这一点，但您实际上可以用较小的物体，即原子来观察这些现象。

因此，量子计算实际上利用了这些非常奇怪的现象并创建了位。现在我们称它们为量子位。我们称它们为量子位，因为现在位既不是打开也不是关闭，既不是零也不是一，但它现在也可以同时是零和一。因此，我们现在将这种量子效应结合在一起。

用于构建一台利用这些量子效应可以以令人难以置信的速度处理信息的机器。所以你谈到了叠加，但是量子物理学还有另一个非常奇怪的现象叫做纠缠。那是什么，它如何发挥作用？

纠缠极其奇怪，奇怪到爱因斯坦称之为“幽灵般的”。纠缠是一种相关性。这意味着您现在所做的事情，您所处的位置，会立即影响到可能相距甚远、可能在美国、可能位于宇宙另一端的物体。

这种非常奇怪的相关性是可以反复测量的。这非常奇怪，因为信息实际上并没有在这两个连接的物体之间传播。然而另一方面，您在这里所做的事情可能会对完全其他地方产生影响。多年来，物理学家们对此进行了研究，并一次又一次地通过实验验证了纠缠的预测结果。

然后，经过这么长时间的深入研究，并真正试图弄清楚这些非常奇怪的现象，他们意识到他们可以使用纠缠来构建可以快速执行计算的机器，或者事实上，我们经常称之为量子技术的通用领域，也许最具影响力的应用是量子计算。♪

因此，量子计算机不是使用位，而是使用这些量子位，它们可以通过您一直在描述的这种叠加效应同时处于多种状态。它们也可以彼此纠缠。所以告诉我这如何使计算机变得更好，或者可能使计算机变得更好。我的意思是，量子位可以做而普通数字位不能做的事情是什么？好的。

好的，给您一个U盘的例子可能会有所帮助。想象一下，您有一个非常糟糕的U盘，这是您曾经得到的最便宜的U盘。该U盘只能保存两位，对吧？因此，如果您选择要写入U盘上的两位的内容，例如，它可能是0、1，然后U盘就满了。现在，这是一个带有经典位的经典U盘。现在，想象一下您有一个带有量子位的量子U盘。

因此，与其只能写入01，现在您的内存已满，您现在可以继续写入00、01、10和11，所有这些都在这两位中。因为请记住，量子位可以同时是0和1。因此，您可以实质上同时对所有这些不同的数字进行编码。

到这些位中。如果您有两个量子位，您可以编码四个数字。这听起来并不令人印象深刻，但是如果您现在稍微放大一点，例如三个量子位，我可以编码2的3次方不同的组合。因此，您可以非常快速地将大量信息编码到这些位中。

然后量子计算就出现了，量子算法的编写方式是这样的，现在所有这些信息都是通过量子处理器同时处理的。

因此，与经典计算机的情况不同，经典计算机先进行一次计算，然后进行第二次计算，第三次计算。现在，这个量子处理器现在同时进行所有这些计算。因此，您现在可以看到量子处理器原则上为什么如此之快，因为现在您利用了叠加的概念来以与经典处理器完全不同的方式执行计算。

所以听起来您是在说，在信息密度方面存在某种好处，因为您可以将比经典数字位更多的信息放入量子位中。但同时，也可能存在速度优势，因为您可以同时并行处理这些位。但我是不是漏掉了什么？除了这些之外，还有更多吗？

我认为您完全正确。特别是并行执行计算是真正产生量子计算机惊人能力的原因。我应该非常清楚，我的解释相当简化。量子算法的运行方式要复杂一些，但您表达的工作原理完全正确。

让我了解一下，如果您能正确地做到这一点，您认为量子计算机将会有多大的变革性。我的意思是，它们在哪些领域将特别重要？并且，量子计算机原则上是否可以做一些即使是最强大的经典计算机也无法做到的事情，因为它们的运行方式不同？

所以不要把量子计算机想象成一台非常快的计算机，而要把它想象成一台以与传统计算机完全不同的方式解决某些问题的机器。在实践中这意味着，对于某些问题，量子计算机可以找到解决方案，而即使是世界上最快的超级计算机

也需要数十亿年的时间才能解决这个问题。因此，如果您要创造新的药物，您必须真正了解化学反应。您必须了解成分的确切作用。这实际上是一个非常非常困难的问题。通常需要超过10年时间和超过100亿英镑才能开发出一种新药。

量子计算机可能能够显著加快药物的开发速度。因此，与其需要10年时间，它可能只需要3年时间，并且可能会大幅降低成本。量子计算机可以制造新材料，可能是非常强大、坚固的材料。它们还可以帮助我们制造更省油的飞机发动机。

或者它们可以简单地帮助分销公司找到最佳路线，即访问许多不同地点的最快路线。我们称之为旅行推销员问题。因此，量子计算机将以相当深刻的方式影响大多数行业部门。

显然，这具有巨大的潜力，非常广泛的潜力。但是，请向我介绍一下将目前感觉上相当理论的想法转化为实际现实的一些挑战。为什么

为什么我们还没有量子计算机？当我们开始谈论量子计算时，我说了一句相当具有煽动性的说法。我说，在这个量子叠加中，原则上，您现在可以坐在演播室里，也可以坐在家里，对吧？为什么我们看不到

我们在日常生活中出现的这些非常奇怪的量子现象。为什么我们看不到同时处于两个不同位置的人或物体？我们看不到的原因是因为环境，也就是围绕着您的空气分子，甚至房间里的光线实际上都会破坏可能出现的量子效应，并使我们的世界完全按照您习惯的方式呈现。

现在，为了使量子叠加成为现实，我们需要做的是，我们需要准备非常复杂的实验，在这些实验中，我们切断环境的所有影响，例如空气分子，任何可能与我们想要实现量子现象的系统相互作用的东西。我们必须极其隔离该系统。

因此，简而言之，答案是……

隔离和以高度受控的方式实现这些量子现象的难度阻止了我们仅仅使用我们周围的工具轻松地构建量子计算机。我们真的必须尽力隔离量子系统，即使在那之后也要纠正我们在准备原子或其他系统处于这些非常奇怪的量子叠加状态时出现的错误。

温弗里德，周一，量子计算似乎向前迈进了一步。谷歌展示了他们的公关至少称之为令人难以置信的量子芯片。他们将其命名为Willow。这款芯片可以做什么如此令人印象深刻的事情？

在量子计算中，最大的挑战之一实际上是维持这些非常奇怪的量子现象。但这从根本上来说并非完全可能。一般来说，总会有错误。环境对这些量子系统的影响总是很小。

因此，谷歌通过其新的Willow芯片所取得的成就，是证明可以通过添加额外的量子位并利用这些额外的量子位来了解量子计算机内部发生的错误，然后进一步减少和减轻这些错误来成功纠正量子计算中的这些错误。

添加的量子位越多，产生的误差就越小。现在，这是一个已经知道相当长一段时间的理论。这个理论非常重要，因为它提供了一种证明，确实有可能建造一台量子计算机。听起来谷歌的这款Willow芯片……

实际上是一种原理证明，它本身不会有任何实际应用。它不会真正用于任何特定用途，但它证明了这些更强大的计算机是实用和可行的。完全正确。Willow芯片没有任何单一的实际应用。我们应该非常清楚，目前全世界可用的量子计算机都没有什么潜力做任何有用的事情。

但是这些结果确实非常重要，因为它们向我们展示了投资、时间、金钱以及现在从事这项技术的人们，这朝着正确的方向发展，因为我们确实看到了这些明显的成功事件，您可以真正看到，哇，这不仅仅是……

一些疯狂的理论家提出了这个理论，但我们现在有一个实验证明了这个理论是正确的。因此，这让我们踏上了一段令人兴奋的旅程。现在正在进行全球竞赛，以建造量子计算机，建造非常有用的量子计算机。我们都应该关注的下一个里程碑是什么？下一步是什么，像你这样的人会

并认为，好吧，我们现在真的取得了一些进展。在我看来，下一步必须证明这项技术确实能够在百万量子位规模上成功运行。这正是我们在英国取得了

巨大突破的地方。在这里，每个人都可以发挥自己的作用，无论是能够帮助我们开发量子计算电子设备的电子公司，能够从事真空系统的真空公司，还是现在做出工作选择的高中学生

并说，嘿，我想真正开发这项令人惊叹的技术，并从事物理学、工程学、信息学，以帮助我们建造这样的机器。温弗里德，非常感谢您来到这里。谢谢您。再次感谢温弗里德·亨辛格教授。您可以在theguardian.com上找到更多关于量子计算的报道。本集由乔辛·查纳和玛德琳·芬利制作。声音设计由托尼·奥拉丘库完成，执行制片人是埃莉·布雷。

我们星期二再见。到时候见。这是卫报。

本集由Progressive保险公司赞助。

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