一夜暴涨8120亿，美国再度突破芯片世界难题，中国还能追赶上吗？

十大品牌 2025年11月06日 04:31 0 aa

2024年12月9日，作为科技巨头谷歌扔出一枚“深水炸弹”：宣布成功研制新一代量子芯片“Willow”。消息一出，整个科技圈一片震惊，连其母公司Alphabet股价一夜飙升，市值涨幅约8120亿元人民币，资本用真金白银表达了对这一突破的极大期待。

很多人可能会想，不过是一块芯片，为何能引发如此巨大的轰动？它究竟解决了什么难题？这是否又意味着美国在决定未来的算力竞赛中已一骑绝尘？面对如此突破，我国又该如何应对？

量子新纪元

谷歌此次发布的并非传统芯片，而是一种全新的量子芯片。它带来的不仅是速度的提升，更是一场对计算范式的根本变革。

我们熟悉的传统计算机，电子设备，其芯片核心逻辑是“比特”，它总是处于明确的“开（1）”或“关（0）”的两种状态，而所有复杂运算，最终都可归结为大量开关状态的不同组合。

而量子芯片的基本单元是“量子比特”，它借助了量子力学中两个关键特性：叠加和纠缠。假如现在你的桌上，有一枚正在不停旋转的硬币，当它在停转之前，你是无法断定其最终的正反面的。此时的它，就同时处于正与反的“叠加态”。

更奇妙的是“纠缠”：即使相隔千里，一枚硬币的最终结果，也会瞬间影响另一枚硬币的最终结果。这种关联不会受物理距离限制。量子比特所拥有的这种神秘的纠缠关联，使它们能作为一个整体协同工作。

正是这两个特性，赋予了量子芯片算力呈指数级爆发的巨大潜力。在传统计算机中，10个比特仅能表示10个确定数值；而10个处于纠缠态的量子比特，由于叠加态的存在，能够同时表征2的10次方（即1024）种不同的数值组合，并一次性对所有状态进行运算。

这种并行处理能力，使量子芯片在模拟分子行为、破解密码、优化复杂系统等特定任务上，具有很多传统型计算机难以比拟的优势。

然而，量子比特的叠加态维持是极为困难的。任何微弱的热量或电磁噪声都可能导致叠加态瓦解，造成计算错误。更棘手的是，量子比特数量越多，就越容易出错。

因此，如何在计算过程中有效检测和实现“量子纠错”，就成为将量子芯片从实验室推向实用过程中最关键的问题。

谷歌发布的Willow芯片，有105个物理量子比特的规模。简单来说，它同时拥有105个极其精密的微观计算单元，在接近绝对零度的极低温环境下，可以以一种我们日常难以理解的方式协同工作。

Willow芯片的计算能力堪称恐怖，它只需不到5分钟即可完成一项基准计算任务，而同样的计算，美国耗巨资研发的另一款大型超级计算机“Frontier”，则需要10²⁵年才能完成——这个时间甚至超过了宇宙的整个演化历程。

Willow的另一项革命性突破，在于解决了困扰科学家近30年的核心难题：量子纠错。为应对环境干扰导致的错误，一种主流方案是使用多个物理比特来共同编码一个逻辑量子比特。

每一个物理比特就像是一块容易出错的“砖块”，而通过一种名为“表面码”的复杂编码方式，可以将很多块这样的“砖”巧妙地组合起来，砌成一堵更坚固、更稳定的“墙”，这就是所谓的“逻辑量子比特”。

在Willow之前，增加砖块（物理比特）往往意味着整面墙出错的概率也会变得更高，“越纠越错”是常态。

但谷歌的团队这次首次实验证实，当把这面“墙”砌得更大（将编码码距从3扩大到5，再扩大到7）时，其错误率不仅没有上升，反而每次扩大规模都能让错误率降低约一半，实现了“越纠越对”。

这就像找到了一种神奇的“砌墙”方法，墙砌得越大反而越稳固。这项突破，为最终建造出足够可靠的大规模量子计算机奠定了关键的一块基石。

美国有了新突破，我国当然也不能落后。今年初，中科大的团队正式发布了新一代处理器同样基于105个量子比特的超导量子计算机：“祖冲之三号”。它的诞生，向世界清晰地表明，在这场前沿科技竞争中，中国不仅没有缺席，更已成长为一股不可忽视的力量。

在性能方面，“祖冲之三号”的量子比特能够保持长达72微秒的相干时间（即维持量子态的时长），其对量子比特的操作精度也表现优异：单比特门保真度达到99.90%，双比特门保真度高达99.62%。这些关键性能指标均达到国际领先水平。

在与Willow相同的基准计算任务中，“祖冲之三号”同样展现出卓越能力，仅用数百秒即可采集百万样本并完成计算，其综合计算性能较谷歌2019年发布的Sycamore处理器高出六个数量级。

在纠错能力方面，“祖冲之三号”可实现码距扩展为7、9和11的表面码量子纠错，其各项性能指标上与 Willow 达到“旗鼓相当”水平。

除了实验室中的性能突破，我国量子计算也在走向实际应用。例如，“本源悟空”计算机，已搭载72比特的“悟空芯”面向全球开放运行。截至今年初，它已完成超过32万个计算任务，涵盖金融、生物医药、流体动力学等多个领域，服务用户超一百多个国家。

当前，无论是谷歌还是中国，相关成果依然处于初级的阶段。研发的量子芯片还容易受到噪声干扰，距离构建拥有数万个物理量子比特，可实现自我纠错的大型容错量子计算机，并实现大规模商业化，还有非常漫长的道路要走。

展望未来，前景可期。我国的量子科技经过20多年的发展，实现了从跟跑、并跑到部分领跑的跨越。凭借国家层面的战略重视、日益完整的技术产业链条以及扎实的人才培养体系，我国已经完全有能力在这场决定未来的科技竞争中占据重要一席。

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