美国当地时间周三，谷歌量子AI团队宣布，其量子计算机成功运行了一款新型算法，该算法在药物发现、新材料设计等领域展现出巨大应用潜力。
据谷歌团队发表于《自然》杂志的论文所述，通过利用量子力学的独特效应，谷歌量子计算机执行该算法的速度，比在经典物理范畴内运行的顶级超级计算机快1.3万倍。
诺贝尔物理学奖得主米歇尔·H·德沃雷表示：“未来，当我们拥有规模更大的量子计算机时，将能够执行任何经典算法都无法完成的计算。” 他于2023年加入谷歌，目前担任谷歌量子硬件首席科学家。
德沃雷与另外两位物理学家因他们在四十多年前完成的一系列开创性实验而荣获2025年诺贝尔物理学奖。在20世纪80年代中期于加州大学伯克利分校从事博士后研究期间，德沃雷博士便帮助证实：量子力学（支配亚原子领域的物理法则）领域的奇特规律，同样存在于肉眼可见的宏观电路中。
这项发现不仅为如今的手机与光纤通信技术奠定了基石，更随着量子计算机的研发展现出深远前景。未来，量子计算机有望引领全新药物与疫苗的发现，甚至破解当前护卫全球信息安全的加密体系。
尽管量子计算仍处于实验阶段，但谷歌这款名为“量子回波”（Quantum Echoes）的新算法表明，科学家们正在快速研究相关技术，使量子计算机有望攻克传统计算设备永远无法解决的科学难题。
“量子回波”的核心思想与蝴蝶效应类似，即微小的初始扰动可能在复杂系统中引发显著后果，正如蝴蝶扇动翅膀可能最终引发远方风暴。研究人员在Willow芯片的103个量子比特系统中，成功实现了这一理念的量子版本。
在实验设计中，谷歌研究团队首先对量子比特施加精心设计的操作序列，以可控方式调控其量子态。随后，他们特意选取其中一个量子比特施加微扰，将其作为引发连锁反应的“量子蝴蝶”。紧接着，团队施加了与先前完全相同但时序完全逆转的操作序列，这一过程恰似将录像带倒带播放。最终，通过精确测量各量子比特的量子特性，研究人员成功解析出整个系统的完整信息。
“这是一项意义重大的技术进步，”加州大学洛杉矶分校物理科学与电子计算机工程教授普里内哈·纳兰评价道，“此前我们听闻了太多硬件领域的突破，我曾一度担忧算法发展会跟不上步伐。但他们的成果证明，这种担忧是多余的。”
2025年诺贝尔物理学奖得主米歇尔·德沃雷于2023年加入谷歌
谷歌在量子研究领域正与微软、IBM等科技巨头、众多初创公司、高等院校以及进展迅速的中国科研力量展开竞争。据悉，中国政府已为量子研究领域投入超过152亿美元。
在笔记本电脑或智能手机等传统计算设备中，硅芯片以“比特”为单位存储信息，每个比特非0即1。芯片通过操控这些比特（例如进行加减乘除运算）来执行计算。
量子计算机的工作方式则截然不同，甚至违背直觉。根据量子力学定律，一个微观物体可以同时处于两种状态。利用这种奇特现象，科学家构建出“量子比特”，它能同时表示0和1的叠加状态。这意味着，随着量子比特数量的增加，量子计算机的运算能力将呈指数级增长。
在20世纪80年代，德沃雷博士与约翰·M·马丁尼斯、约翰·克拉克共同证明了，量子力学的反直觉特性并不仅限于亚原子粒子。在可用于制造计算机芯片的电路中，同样观测到了这类现象。
“我们首次展示了可以用电路来构造‘人造原子’，”德沃雷博士说。
谷歌量子计算机芯片被命名为“柳树”
这项发现为“超导量子比特”奠定了基础，如今谷歌、IBM等公司的量子计算机均采用此项技术。其原理是将特定金属冷却至极低温度，使其表现出与亚原子粒子相似的量子行为。
目前的量子计算机仍因较高的错误率而受限。然而，近年来纠错技术的进步，让许多科学家相信，量子计算有望在2030年前真正兑现其巨大潜力。
谷歌去年曾宣布，其量子计算机在一项旨在衡量技术进展的测试中，用时不足五分钟便完成了一项极其复杂的数学运算。若换作全球最强大的非量子超级计算机，完成同一任务将需要10²⁶年——这个时间长度远超宇宙当前年龄的数万亿倍。
这个被称为“量子霸权”的里程碑证明，尽管当时所执行的计算本身并无实际用途，但该技术已开始突破经典计算的极限。
谷歌及其众多竞争者仍在朝着下一个目标努力：即在执行化学、AI等领域的实际重要任务时，量子计算机能够超越经典计算机的可能。
“要真正释放量子计算的潜力，我们需要做到的是，发现一种唯有通过量子计算机才能研制出的全新药物，”加州大学洛杉矶分校的纳兰博士强调，“到那时，我们才能说所有的投入都是值得的。”
谷歌的新算法正是迈向该目标的一步。在同期发布于预印本网站arXiv上的另一篇论文中，谷歌展示了该算法如何助力改进核磁共振技术——一种用于解析微观分子结构及其相互作用的关键技术。
核磁共振技术是研发新药和制造从汽车到建筑所需新材料的重要组成部分。专攻NMR技术并与谷歌研究人员合作完成该论文的伯克利化学助理教授阿肖克·阿乔伊表示，此举有助于理解阿尔茨海默病等疾病的机理，甚至推动全新金属材料的创造。
“这彰显了量子计算机的潜力，”他表示，“虽然这一切才刚刚起步，但其前景确实令人振奋。”
