美國當地時間周三，谷歌量子AI團隊宣布，其量子計算機成功運行了一款新型算法，該算法在藥物發現、新材料設計等領域展現出巨大應用潛力。
據谷歌團隊發表於《自然》雜誌的論文所述，通過利用量子力學的獨特效應，谷歌量子計算機執行該算法的速度，比在經典物理範疇內運行的頂級超級計算機快1.3萬倍。
諾貝爾物理學獎得主米歇爾·H·德沃雷表示：「未來，當我們擁有規模更大的量子計算機時，將能夠執行任何經典算法都無法完成的計算。」他於2023年加入谷歌，目前擔任谷歌量子硬體首席科學家。
德沃雷與另外兩位物理學家因他們在四十多年前完成的一系列開創性實驗而榮獲2025年諾貝爾物理學獎。在20世紀80年代中期於加州大學伯克利分校從事博士後研究期間，德沃雷博士便幫助證實：量子力學（支配亞原子領域的物理法則）領域的奇特規律，同樣存在於肉眼可見的宏觀電路中。
這項發現不僅為如今的手機與光纖通信技術奠定了基石，更隨著量子計算機的研發展現出深遠前景。未來，量子計算機有望引領全新藥物與疫苗的發現，甚至破解當前護衛全球資訊安全的加密體系。
儘管量子計算仍處於實驗階段，但谷歌這款名為「量子回波」（Quantum Echoes）的新算法表明，科學家們正在快速研究相關技術，使量子計算機有望攻克傳統計算設備永遠無法解決的科學難題。
「量子回波」的核心思想與蝴蝶效應類似，即微小的初始擾動可能在複雜系統中引發顯著後果，正如蝴蝶扇動翅膀可能最終引發遠方風暴。研究人員在Willow晶片的103個量子比特系統中，成功實現了這一理念的量子版本。
在實驗設計中，谷歌研究團隊首先對量子比特施加精心設計的操作序列，以可控方式調控其量子態。隨後，他們特意選取其中一個量子比特施加微擾，將其作為引發連鎖反應的「量子蝴蝶」。緊接著，團隊施加了與先前完全相同但時序完全逆轉的操作序列，這一過程恰似將錄影帶倒帶播放。最終，通過精確測量各量子比特的量子特性，研究人員成功解析出整個系統的完整信息。
「這是一項意義重大的技術進步，」加州大學洛杉磯分校物理科學與電子計算機工程教授普里內哈·納蘭評價道，「此前我們聽聞了太多硬體領域的突破，我曾一度擔憂算法發展會跟不上步伐。但他們的成果證明，這種擔憂是多餘的。」
2025年諾貝爾物理學獎得主米歇爾·德沃雷於2023年加入谷歌
谷歌在量子研究領域正與微軟、IBM等科技巨頭、眾多初創公司、高等院校以及進展迅速的中國科研力量展開競爭。據悉，中國政府已為量子研究領域投入超過152億美元。
在筆記型電腦或智慧型手機等傳統計算設備中，矽晶片以「比特」為單位存儲信息，每個比特非0即1。晶片通過操控這些比特（例如進行加減乘除運算）來執行計算。
量子計算機的工作方式則截然不同，甚至違背直覺。根據量子力學定律，一個微觀物體可以同時處於兩種狀態。利用這種奇特現象，科學家構建出「量子比特」，它能同時表示0和1的疊加狀態。這意味著，隨著量子比特數量的增加，量子計算機的運算能力將呈指數級增長。
在20世紀80年代，德沃雷博士與約翰·M·馬丁尼斯、約翰·克拉克共同證明了，量子力學的反直覺特性並不僅限於亞原子粒子。在可用於製造計算機晶片的電路中，同樣觀測到了這類現象。
「我們首次展示了可以用電路來構造『人造原子』，」德沃雷博士說。
谷歌量子計算機晶片被命名為「柳樹」
這項發現為「超導量子比特」奠定了基礎，如今谷歌、IBM等公司的量子計算機均採用此項技術。其原理是將特定金屬冷卻至極低溫度，使其表現出與亞原子粒子相似的量子行為。
目前的量子計算機仍因較高的錯誤率而受限。然而，近年來糾錯技術的進步，讓許多科學家相信，量子計算有望在2030年前真正兌現其巨大潛力。
谷歌去年曾宣布，其量子計算機在一項旨在衡量技術進展的測試中，用時不足五分鐘便完成了一項極其複雜的數學運算。若換作全球最強大的非量子超級計算機，完成同一任務將需要10²⁶年——這個時間長度遠超宇宙當前年齡的數萬億倍。
這個被稱為「量子霸權」的里程碑證明，儘管當時所執行的計算本身並無實際用途，但該技術已開始突破經典計算的極限。
谷歌及其眾多競爭者仍在朝著下一個目標努力：即在執行化學、AI等領域的實際重要任務時，量子計算機能夠超越經典計算機的可能。
「要真正釋放量子計算的潛力，我們需要做到的是，發現一種唯有通過量子計算機才能研製出的全新藥物，」加州大學洛杉磯分校的納蘭博士強調，「到那時，我們才能說所有的投入都是值得的。」
谷歌的新算法正是邁向該目標的一步。在同期發布於預印本網站arXiv上的另一篇論文中，谷歌展示了該算法如何助力改進核磁共振技術——一種用於解析微觀分子結構及其相互作用的關鍵技術。
核磁共振技術是研發新藥和製造從汽車到建築所需新材料的重要組成部分。專攻NMR技術並與谷歌研究人員合作完成該論文的伯克利化學助理教授阿肖克·阿喬伊表示，此舉有助於理解阿爾茨海默病等疾病的機理，甚至推動全新金屬材料的創造。
「這彰顯了量子計算機的潛力，」他表示，「雖然這一切才剛剛起步，但其前景確實令人振奮。」
