谷歌量子计算AI实验室公开并分享未来十年路线图ErikLucero博士近日，谷歌量子AI首席工程师ErikLucero带着全球媒体虚拟“参观”了谷歌量子AI园，展示了园区内一些重要的实验设备，并分享了谷歌在量子计算方面的最新进展和一些重要的见解。谷歌量子人工智能园区位于圣巴巴拉，谷歌研究和建造量子计算机的地方。整个园区装修风格独特，色彩感很强。公园里的涂鸦还是很多的，还有很多有趣的小摆设。Erik在公园里介绍了一幅以谷歌的量子处理器Bristlecone命名的画作，提醒大家仿生学的重要性（Bristlecone芯片中量子比特的排列酷似松果鳞片的图案）。此外，Erik还展示了主实验室的场景，讲解了量子计算的原理以及为量子计算创造低温环境所使用的设备。GoolgeQuantumAIPark的涂鸦GoolgeQuantumAIPark的涂鸦在问答环节，Erik表示，谷歌目前已经证明了“量子优势”，下一步的目标是实现可纠错的逻辑量子比特，并最终实现可扩展的纠错量子计算机，有望在未来十年内完成。在谈及量子计算的具体应用时，埃里克表示，目前量子计算还没有被用于解决实际问题，但未来可能会解决气候变化、粮食短缺等问题。Erik展示校园主实验室的设备Erik展示校园主实验室的设备以下是活动问答环节的一些亮点：问：您能解释一下什么是逻辑量子比特吗？一个逻辑量子比特由足够多的高质量物理量子比特组成，可以抽象为1000个物理量子比特排列成二维网格来进行纠错。目前无论是网格状的布局还是物理量子位的保真度，都是最适合我们的架构。我们需要对所有电子和连接的物理量子位进行非常充分和精细的控制。当我们可以将两个逻辑量子位放在一起并在它们之间进行操作时，这两个逻辑量子位就构成了第一个晶体管。问：您能否更详细地与我们分享谷歌的量子计算蓝图？面对量子计算和人工智能时代的兴起，企业应该做哪些准备来适应时代的需求？我们的第一个里程碑是“量子优势”的展示，当时我们在2019年展示了量子计算具有超越传统超级计算的能力。从那时起，我们一直在扩展系统以实际证明我们可以证明错误纠正并证明错误纠正有效，这是第二个里程碑。我们已经朝这个方向迈出了一步，我们今年早些时候发表了一篇论文，展示了我们在量子纠错方面的进展，我认为这可以算是里程碑1.5。第三个里程碑是纠错逻辑量子比特的实现。在演示了量子纠错之后，可以将其放大到足够大的系统，以证明大规模构建纠错逻辑量子比特是可行的。第四个里程碑将两个逻辑量子位（在1000个物理量子位中）拼接在一起，形成一个量子晶体管。第五个里程碑是采用该系统并将其扩展到100,000个物理量子位。第六个里程碑是形成完整的纠错逻辑量子比特。我们现在正处于硬件的黄金时代，我们需要发明能够真正帮助扩展系统并为未来做好准备的硬件。我们相信我们可以在本世纪末实现这种纠错量子计算机。我们为这些里程碑制定了大约10年的路线图。问：谷歌量子计算是否会使用开放标准或开源技术？您有多少工作基于开放标准或开源？是的，我们有丰富的开源产品，Google非常支持这种文化。我们开发了一种名为Cirq的语言，任何人都可以下载并使用它来设计量子电路以在我们的模拟器和量子硬件上运行。除此之外，我们在资源库中提供了丰富而重要的内容。其中之一是OpenFermion，它与量子化学的内容有关。第二个是建立在谷歌经典计算硬件上的QuantumTensorFlow。我们的张量处理单元(TPU)在此系统上运行并处理量子模拟和机器学习等问题。所以除了硬件，其他技术基本都是开源的。我们很高兴加入帮助定义这些开放标准的开源联盟。我们已经在模拟其他Google开源项目（例如TensorFlow）。问：谷歌量子计算机仍将主要由硅制成吗？我们在做量子计算机的时候，选择使用成熟的硅材料，当然我们在硅上面放了铝。我认为在这个阶段探索量子架构可能更重要，其中最强大的例子是超导量子比特。Q：在计算处理方面，谷歌是否计划结合量子计算和人工智能的优势？量子计算与超高性能人工智能相比如何？首先我想解释一下经典计算范式和量子计算范式的区别。今天，我们所有真正高性能的经典计算都属于同一类，就像算盘在做布尔逻辑。另一方面，量子计算机本质上用更丰富的计算空间（量子力学）取代了布尔逻辑，使我们能够探索经典计算机可能无法获得的计算空间。因此，量子计算机和经典计算机是完全不同的。我真的很喜欢思考云、计算机和量子计算机的共生关系，以及我们可以利用这种共生关系做些什么。在我们的校园里，你可以看到有很多经典计算机在帮助支持和运行我们的量子计算机。我们相信机器学习的某些元素实际上可以被量子计算机接管，从经典计算过渡到量子计算，并且量子计算机可能能够更快地学习或发现新技术，然后将这些新发现转移回经典电脑。所以我认为这真的是一种共生关系，不是一个或另一个，他们可以一起工作。Q：除了量子纠错，实现量子计算的主要挑战是什么？量子计算能为普通人解决现实生活中的哪些问题？纠错绝对是真正实现量子计算机的最大挑战之一。所有经典计算机上可能发生的令人惊奇的事情，基本上都是因为我们在经典计算中实现了纠错。因此，我们的下一个里程碑是实际证明量子纠错是可能的，并在少量量子位或数百个量子位上实施。一旦量子纠错被证明，就可以扩展到逻辑量子比特，然后从逻辑量子比特扩展到量子计算机，再到纠错量子计算机。因此，我们今天面临的巨大挑战是证明量子纠错在任何量子计算架构中都是有效的。还没有人真正证明这一点。我们很高兴在这里分享我们的里程碑。普通人现实生活中有哪些问题可以通过量子计算来解决？我喜欢在谷歌工作的原因是有机会为世界带来强大的工具，因为我知道从登录到网络到搜索的一切都有一天将由量子计算机提供支持。此外，量子计算机的直接应用可以帮助解决世界范围内的饥饿问题。现在我们大量使用氮气作为肥料，我们相信如果有一台量子计算机，它会计算出更好的方法来模拟自然界来生产氮气，这样我们就可以以更低的能源成本养活世界上的每一个人。问：低温环境是否只与谷歌正在研究的超导量子比特有关？我们知道在低温环境下进行研究有多种原因。其中之一是因为我们使用的是超导量子比特，我们需要确保温度低于我们使用的金属和材料的临界温度，只有这样我们才能实现超导并从中受益。另一个是对量子比特的实际能量至关重要的因素。我想到我们设计的特定量子比特（过程）类似于制造原子。我们通过实际构建物理结构来制造原子。这些结构是由超导电路制成的电感器和电容器。然后我们放下铝金属，把它们塑造成电感和电容，这实际上是一个谐振器。这些系统中的能量会转化为温度，最终可能达到数百毫开尔文。所以只要我们能达到比这更低的温度，量子比特中的能量就是最大的信号，而不是热噪声。所以我们必须降低超导的温度，只有冷却才能使量子信号远高于热噪声。我也在考虑使用第一台量子计算机来构建第二台。我们相信有可能实现第一台具有超导量子比特的量子计算机。我们希望在10年内完成。第一台量子计算机实现后，会帮助我们找到更好的材料来使用，我们可能不需要那些制冷机来制造第二台量子计算机。问：你提到量子计算机在超、超冷的温度下运行。你和其他科学家是如何进行实验的？你必须穿特殊装备吗？我将在实验室中向您展示这些罐子。这些是进入低温恒温器的单独罐子。我们所做的是将所有这些罐子放在系统上，一个放在另一个里面。这个颜色非常鲜艳的真空罐是系统中的最后一个罐，您可以看到它的顶部有一个O形圈。然后我们将该系统连接到低温恒温器。然后我们把里面的空气抽出来，这些系统的内部就变成了真空。我们疏散了整个房间。然后我们使用冰箱中的所有管道将其冷却。唯一连接在一起的就是所有这些金属桌子，它们由专用冰箱冷却。因此，多亏了这些技术，我很幸运能够参加这个300开尔文（约27°C）的实验，而不必担心自己会被冻死。问：你能解释一下谷歌最近在时间晶体方面取得的量子计算机突破吗？媒体报道称，这一突破让科学家们摆脱了热力学第二定律。与金属一样，晶体以固态存在，存在于物理三维空间中。从空间上看，晶体中的原子会自行排列，具有一定的周期性。晶体结构中的原子排列成特定的晶格图案，排列方式有很多种。我们最新的研究表明，这在时间层面上也是可能的。通过相互作用，每次晶体结构都保持分子组装的完整性，并以不同的规律运动。时间晶体不消耗任何能量，只是在不同的状态之间变化，呈现出周期性。
