多重宇宙不再是科幻电影中的虚构情节？Google早前发表最新的量子计算机芯片“Willow”，能够在5分钟内完成，世上最快超级计算机需花费超过宇宙历史时间方可破解的复杂运算。Google表示，Willow的指令周期快到令人难以置信，这可能是从其他宇宙借用了运算能力，意味着多重宇宙的存在！究竟量子计算机跟传统计算机在运算方式上有何不同？未来对整个科技产业又会带来什么翻天覆地的影响？

量子迭加状态容许多重同步计算

   在生成式AI爆红前，另一项备受注目的革命性新科技是“量子运算”（Quantum Computing）。当今的计算机与智能手机均采用二进制的计算单位“位（Bit）”，每次运算只会出现0或1的单一状态，即是“Yes/No”；量子计算机则使用“量子位（Qubit）”，具有“迭加”（Superposition）特性，容许同时有0和1的存在，形成00、01、10、11的迭加状态，即是“Yes/No/Both”。

Google Quantum AI实验室发表全新量子芯片“Willow”，能够在少于5分钟的时间内，完成一项全球最快超级计算机需时10^25年的运算任务。（图片来源：X.com@GoogleQuantumAI）

   由于量子运算可以同时出现0和1，继而产生多重迭加状态，并进行同步运算，就如同在多个平行宇宙各自进行运算，使得量子计算机能以指数级速度破解复杂计算。譬如4枚硬币跌在地面上，要这猜4枚硬币的正反面，传统计算机要计算16次（2的4次方）才可得出结果，而量子计算机只需猜算1次，拥有比传统计算机更快解决问题的能力。

量子纠缠无视距离共享传递信息

   除此以外，量子位之间还有着“纠缠”（Entanglement）的特性：不论相距有多远，一个量子位的状态会立即影响另一个量子位，所以只要观察某个量子位状态，便可以得知另一量子位状态，达到信息传递的效果。如此一来，量子计算机在运算过程中可以更有效共享传递信息。

   不过，量子位状态非常脆弱，极易受温度、振动、电磁等外在环境因素影响，引致量子信息遗失，造成“量子去相干”（Quantum Decoherence）现象。在量子纠缠下，错误信息会从一个量子位传至其他量子位，扰乱运算结果；一部量子计算机的量子位愈多，产生错误的机会率就愈高，让运算结果变不得可靠，故此错误校正技术被视为提高量子运算实用性的关键突破点。

量子位（Qubit）拥有迭加特性，可以同时出现0和1，产生00、01、10、11的迭加状态。（图片来源：翻摄Google官方YouTube影片）

Willow达成低于错误校正临界值

   2024年12月9日，Google旗下量子运算实验室“Quantum AI”创办人哈特穆特·乃文（Hartmut Neven）发表量子芯片Willow，首次达成“低于临界值”（Below Threshold）的量子错误校正能力，即增加量子位数时也可减少错误，令量子计算机变得更稳定且可扩展。

   这个“临界值”意指量子错误校正码可以稳定运作的最大容错率。量子错误校正码藉由额外的量子位结构，在不干扰量子状态的情况下进行检查和校正错误。这次Google在量子错误校正技术的突破，为实现大规模量子运算提供了明确的技术路径。

Willow超高速运算左证多重宇宙

   Willow芯片内置105个量子位，用不到5分钟便可以完成一项极其复杂的运算挑战。这项挑战如交给当今最快的超级计算机Frontier处理，需时达10涧（Septillion，10的25次方）年；倘若以完整方式写出来，就是10,000,000,000,000,000,000,000,000年，既超出物理学的已知时间尺度，又远远超过宇宙存在的历史。

   奈文豪言，这组叫人目瞪口呆的数字佐证了量子运算发生在众多平行宇宙的看法，也跟英国物理学家戴维·多伊奇（David Deutsch）提出的多重宇宙（Ｍultiverse）理论相符。然而，科学媒体《IFLScience》认为，这说法太超前，即使Google在量子运算上有重大突破，惟距离落地使用仍有很遥远的距离，更不足以证明可以在多重宇宙中进行运算。

量子运算有助缩短新药研发时间

   姑勿论，多重宇宙是否真的存在，量子运算已被科技界视为下一代运算革命，能够解决传统计算机需长时间处理的复杂问题，包括：新药研发、气候预测、创新材料发现、以及金融市场模拟等。以制药业为例，研发新药过程中存在太多不同变量，量子可以同时计算所有变量，有助大幅缩短研发时间，加快新药上市进程。

   至于生成式AI，暂时不会直接使用量子计算机，惟量子运算却可以帮助产制大量合成数据，供大型语言模型训练之用；未来如结合传统运算与量子运算组成混合算法，更有可能会产生更强大、更高效的AI模型。

由Google Willow芯片组装而成的量子计算机，运算效能完全辗压传统超级计算机。（图片来源：Google官方网志）

金融、汽车界投入量子运算研发

   纵然量子运算仍有一段路要走，但银行业者、对冲基金、以至汽车制造商现已开始招揽量子运算人才，组建量子计算机团队，尝试开发以量子位编码的算法；部分公司更已跟IBM、Atos、Pasqal等量子计算机制造商建立合作伙伴关系，以利于日后透过量子运算创造商机。

   量子计算机公司QuEra Computing访问了全球逾900名量子运算专家，调查结果显示51％受访者认为量子运算的技术进展比他们预期中更快；更有40％认为，量子计算机在未来５年内可以成为超越传统计算机的替代方案。Google强调，Willow的诞生表明，非常强大而实用的量子计算机确实可以被制造出来，并扬言团队的下一个目标是，研发出效能远胜传统运算，兼且可以解决现实世界问题的量子算法。由此看来，量子运算距离实用可能不是想象中那么遥远！

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