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谷歌十年：勇闯量子“深水区”
具体来说，谷歌的量子计算机“悬铃木(Sycamore)”在200秒内完成了一项计算，而当时世界上最快的超级计算机则需要1万年。
从那时起，谷歌就一直在继续推动量子计算。
除了为化学、材料科学和机器学习(ML)等领域开发量子算法和应用，该公司也正在努力开发更强大的量子处理器。量子算法和应用也可以建立在谷歌基于云的量子计算平台——谷歌量子人工智能(QAI)平台上。
截至2023年，谷歌希望达到某些里程碑，以便能够建立一台商业可行的量子计算机。
今年，该公司的研究人员表示，他们已经证明了一个使用纠错代码的系统可以在不影响信息的情况下检测、修复错误。这是对逻辑量子比特原型的首次展示，这表明增加量子比特的数量可以减少错误。
在2023年2月的一篇公司博客文章中，谷歌和Alphabet的首席执行官Sundar Pichai报告说，量子人工智能研究人员首次证明，增加量子比特的数量可以减少错误。这项成果发表在《自然》杂志上：研究人员能够制作一个逻辑量子比特，比我们用17个物理量子比特制作的量子比特性能更好；这意味着该公司现在能够以一种更有效的方式操作量子计算机。
同样值得一提的是，在去年10月发布在预印本arXiv上、并于今年5月11日发表在《自然》杂志上的一篇论文中，谷歌量子人工智能的研究人员宣布，他们首次使用一个超导量子处理器观察到了非阿贝尔任意子的奇特行为——这一结果为拓扑量子计算开辟了一条新的道路。
自从谷歌量子人工智能开始以来，不只是量子计算机，谷歌也一直在向公众免费提供它开发的产品和工具。例如：
1）量子虚拟机(QVM)
2022年，谷歌量子人工智能发布了量子虚拟机(QVM)，开发的目的是模拟其实验室中量子计算机之一的编程经验，包括电路验证和处理器保真。
该机器的工作原理是将其Sycamore处理器的测量结果（量子比特衰减、去杂、门和读出错误）与物理研究团队的模型相结合，然后可以使用该公司的模型模拟类似量子处理器的输出。
2）基于Python的Cirq
3）抗量子密码学(PQC)算法
谷歌涉猎的另一个领域是测试抗量子密码学(PQC)算法。在与安全社区合作超过十年后，谷歌一直在探索PQC算法在理论实现之外的选择。
这一结果也意味着谷歌已将这些信息纳入其技术路线图，并意味着两年后谷歌研究人员能够测试一系列与抗量子TLS不兼容的网络产品、发现它们与抗量子保密性不兼容。早期的实验结果是防止了这个问题在未来出现。
目前，该公司正在实施PQC，解决保护敏感信息的近期和长期风险。最终，确保谷歌为PQC做好准备。
在量子计算领域，谷歌的主要竞争对手是IBM、微软、亚马逊和英特尔......这些都是对量子感兴趣的科技巨头。然而，在现实中，我们看到的是，整个生态系统中存在着大量的合作。
在量子计算方面，IBM多年来一直是一个先驱者。现在，IBM量子公司正通过其基于云的平台提供对自己量子处理器的访问。
微软提供了Azure Quantum，该公司基于云平台也提供了对其量子硬件的访问。
另一个是AWS（亚马逊）和Amazon Braket，这是一个完全管理的量子计算服务，可以让客户访问来自各种供应商的硬件，包括D-Wave、IonQ和Rigetti......在2021年4月的一篇博文中，AWS向世界发布了一篇论文《使用串联猫代码(cat code)构建容错量子计算机》，这是由AWS量子计算中心的一个团队撰写的，描述了一个结合主动QEC和被动/自主QEC元素的架构。这篇论文证明了AWS的研究人员已经证明了基于超导电路的猫量子比特的可行性，它们的高偏误率可以用来设计额外的量子纠错电路。
最后，还有一家加拿大公司D-Wave，他们专门从事量子退火计算。现在，该公司已经开发了自己的量子退火处理器，可以通过其基于云的平台Leap访问。
除了上述列举的量子科技巨头，近年来，作为其研究和开发工作的一部分，谷歌也在量子计算方面寻求与一些其他的机构/公司合作。
例如，谷歌正在与摩根大通合作，探索量子计算在金融服务方面的潜力。在这一合作关系中，双方将为优化投资组合、分析风险和检测欺诈而开发新的算法。
欧洲核子研究中心(CERN)也和谷歌在2021年宣布建立了伙伴关系，在量子计算方面进行合作。为了解决粒子物理学中一些最具挑战性的问题，该伙伴关系旨在开发新的算法和工具。
为了探索量子计算在航空航天领域的应用潜力，谷歌也与空客公司建立了合作关系。作为合作的一部分，双方正在开发用于飞行优化、调度和路由的算法，以及用于改善飞机的维护和安全。
另一个值得注意的是谷歌与大众汽车的合作，旨在探索在汽车行业使用量子计算的方法，以提高电池性能，优化交通流量和开发电动汽车的新材料。
作为量子计算的领导者之一，谷歌一直在大力投资该技术。
目前，谷歌量子的资金主要来自其自身的资产负债表。除了自己的资源外，谷歌还从国家科学基金会等政府机构获得拨款、与学术机构合作，以开展量子研究。
为了推进量子研究，谷歌还与政府机构和学术机构合作。欧洲核子研究中心、美国宇航局和加州大学圣巴巴拉分校是谷歌在量子计算方面的一些著名合作伙伴。
随着谷歌继续探索量子计算在优化、密码学和机器学习等领域的应用，其量子计算工作可能会集中在开发更强大的量子处理器和算法。
未来，谷歌可能会通过开发更强大的量子处理器、解决更复杂的问题，从而在量子计算方面取得进一步的进展。除了探索量子计算的新应用外，该公司还可能探索药物发现、材料科学和金融建模，因为这些似乎是量子计算能够提供最大帮助的领域。
在量子计算被广泛用于实际应用之前，仍有许多挑战必须克服；像谷歌和相关其他公司正在这一领域取得重大进展。
正如我们已经提到的，谷歌已经实现了一个关键的里程碑：2023年，谷歌首次使用更多的量子比特降低了量子计算的错误率，所以这显然是朝着正确的方向迈出的一步。
不过，在去年(2022年)报道的一篇报道中，中国科学院理论物理研究所在统计物理学家张潘的带领下，在谷歌2019年研究中考察的计算任务中击败了谷歌的量子计算机Sycamore：谷歌当时声称，一台超级计算机需要大约1万年才能完成这项任务。而在超级计算机上，中国的研究人员花了大约15个小时来完成这项任务。
为了解决这个问题，张和他的团队从一个稍微不同的角度出发，使用了一个有20层的三维张量网络、每层有53个点、每个点代表一个量子比特。团队将这些点连接起来（代表门），每个门都有一个张量编码。根据《自然》杂志的报道，该团队只需将张量相乘即可运行模拟。
虽然这与谷歌四年前的成就没有任何关系，但由于最初实验的目的是利用量子计算机的优势和经典计算机的弱点，张潘团队预计经典算法的性能会有所提高，并最终期望开发出专门用于这种计算的算法。
该报告的研究人员还表示，随着量子计算机的改进，性能上的轻微调整可能很快就会让它们超过经典超级计算机，甚至是经典的算法。
这一研究为量子计算的未来带来了希望。然而，研究表明，没有任何技术是万无一失的。
人类即将创造出有用的、纠错的量子计算机，无论是今天、明天还是未来五十年，即使我们在纠错的路上存在重重障碍，但量子的发展是必然的。
从四十多年前Richard Feynman提出的创造通用量子计算机以模拟其他量子系统的想法，到今天我们行业的发展状况，谷歌在2019年取得的成就就已经证明了量子计算是一个实际的现实、而不是理论上的可能性。
现在，谷歌凭借自己的辛勤工作、投资以及与大学和研究机构的合作，正在开发理论、算法，以及我们可以在未来应用于纠错的计算机。
可以期待的是，当我们到达那个时点时，谷歌可能是第一批团队之一。
参考链接：[1]https://quantumai.google/quantum-virtual-machine[2]https://thequantuminsider.com/2023/05/08/review-of-googles-quantum-computing-technology-state-in-2023/[3]https://redstapler.co/putting-google-cloud-run-behind-cloudflare/[4]https://quantumai.google/learn/map[5]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.090502
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