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項(xiàng)工作需要對(duì)整個(gè)量子計(jì)算堆棧進(jìn)行改進(jìn)。谷歌制造了具有更好量子位的芯片，改進(jìn)了用來(lái)封裝這些芯片的方法，以更好地將芯片與控制電子設(shè)備連接起來(lái)，并開(kāi)發(fā)了同時(shí)校準(zhǔn)具有幾十個(gè)量子位的大型芯片的技術(shù)。

這些改進(jìn)最終產(chǎn)生了兩個(gè)關(guān)鍵結(jié)果。首先，谷歌現(xiàn)在能夠以高保真度重置他們的量子位，并能夠在量子計(jì)算中重用量子位。其次，谷歌實(shí)現(xiàn)了中間電路測(cè)量，使其能夠跟蹤量子電路內(nèi)的計(jì)算。在谷歌最近使用重復(fù)碼對(duì)位和相位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤進(jìn)行指數(shù)抑制的演示中，高保真重置和中間電路測(cè)量被同時(shí)使用，隨著重復(fù)碼中量子位數(shù)量從5增長(zhǎng)到21，對(duì)邏輯錯(cuò)誤的抑制實(shí)現(xiàn)了最多100倍的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

重復(fù)碼是一種糾錯(cuò)工具，使谷歌能夠在資源（更多量子比特）和性能（更低錯(cuò)誤）之間進(jìn)行權(quán)衡，這將是指導(dǎo)未來(lái)硬件研發(fā)的核心。2021年，谷歌展示了隨著一維代碼包含的量子位數(shù)量，錯(cuò)誤將如何減少。

谷歌目前正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以將這些結(jié)果擴(kuò)展到二維表面碼，從而更全面地糾正錯(cuò)誤。

量子計(jì)算的應(yīng)用

除了構(gòu)建量子硬件，谷歌團(tuán)隊(duì)還在現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用中尋找量子優(yōu)勢(shì)的明顯邊際。谷歌正在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的合作者一起探索量子計(jì)算機(jī)可以提供顯著加速的領(lǐng)域，并有現(xiàn)實(shí)的期望，即糾錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)可能需要比二次加速更好的加速才能實(shí)現(xiàn)有意義的改進(jìn)。

2021年谷歌與學(xué)術(shù)和行業(yè)合作伙伴的合作是非常寶貴的。

·2021年12月，谷歌與加州理工學(xué)院的一項(xiàng)值得注意的合作表明，在某些條件下，量子機(jī)器可以通過(guò)比傳統(tǒng)要求少得多的實(shí)驗(yàn)來(lái)了解物理系統(tǒng)。這種新穎的方法通過(guò)使用40個(gè)量子位和1300個(gè)量子操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，即使使用今天的嘈雜型量子處理器，也具有巨大的量子優(yōu)勢(shì)。這為量子機(jī)器學(xué)習(xí)和量子傳感方面的更多創(chuàng)新鋪平了道路，并具有潛在的近期用例。

·2021年6月，谷歌與哥倫比亞大學(xué)的研究人員合作，將最強(qiáng)大的化學(xué)模擬技術(shù)之一——量子蒙特卡羅與量子計(jì)算相結(jié)合。當(dāng)在真正的量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行這項(xiàng)技術(shù)的組件時(shí)，能夠在不犧牲測(cè)量精度的情況下將先前計(jì)算的規(guī)模擴(kuò)大一倍，即使在具有16個(gè)量子位的設(shè)備上存在噪聲的情況下也是如此。并且，即使在當(dāng)今的量子計(jì)算機(jī)上，這種方法對(duì)噪聲的恢復(fù)能力也表明其具有可擴(kuò)展性的潛力。

谷歌還研究如何使用量子計(jì)算機(jī)來(lái)模擬量子物理現(xiàn)象——最近，研究人員利用谷歌量子處理器成功制造了時(shí)間晶體。這對(duì)理論家來(lái)說(shuō)是一個(gè)偉大的時(shí)刻，他們思考時(shí)間晶體的可能性已經(jīng)近一個(gè)世紀(jì)。在其他工作中，谷歌與NASA艾姆斯研究中心的合作者共同完成了在臺(tái)量子計(jì)算機(jī)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量無(wú)序相關(guān)性，探索量子混沌動(dòng)力學(xué)的出現(xiàn)；并通過(guò)與慕尼黑技術(shù)大學(xué)的合作者使用淺量子電路創(chuàng)建其本征態(tài)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了Toric碼哈密頓量基態(tài)的糾纏熵。

谷歌感謝合作者為其在2021年的一些最有影響力的研究中做出的貢獻(xiàn)，甚至啟發(fā)了他們。谷歌量子人工智能團(tuán)隊(duì)繼續(xù)專注于機(jī)器學(xué)習(xí)、化學(xué)和多體量子物理學(xué)，并將在2022年及以后繼續(xù)與來(lái)自世界各地的科學(xué)家和研究人員合作，以發(fā)現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)有意義的量子應(yīng)用。