威洛（Willow）是由谷歌量子人工智慧實驗室研發的超導量子計算晶片，於2024年12月9日正式發布。該晶片採用105個物理量子比特，存儲於接近絕對零度的低溫恆溫器內，在隨機電路採樣基準測試中完成100萬次採樣僅耗時5分鐘，而超級計算機Frontier完成同等規模計算需1e+25年。其方形格線可擴展設計使量子錯誤率降低50%，並首次實現低於表面碼閾值的實時糾錯能力，突破自1995年提出的量子糾錯理論難題。
2025年10月22日，谷歌研究團隊在《自然》雜誌發表論文宣布，基於威洛晶片運行的“量子回聲”算法實現首個可驗證量子優勢。該晶片採用持續監控系統實時檢測干擾，量子比特相干時間提升至150微秒。谷歌預計具備商業價值的量子計算機需實現百萬級量子比特數量和1e-6以下邏輯錯誤率，目標於2030年前後面世。
基本介紹
- 中文名：威洛
- 外文名：Willow
- 研發公司：谷歌公司
- 推出時間：2024年12月
- 量子比特數：105個
- 運算能力：5分鐘完成經典計算機10^25年任務
- 糾錯能力：錯誤率降低50%
- 套用領域：量子計算研究
研發背景,技術參數,核心技術,糾錯機制最佳化,運算性能驗證,產品設計,性能表現,套用前景,市場反響,爭議與評價,
研發背景
威洛晶片於2024年12月9日正式發布。
該晶片由谷歌量子人工智慧實驗室研發，硬體總監朱利安·凱利主導系統工程設計。團隊集成新型實時監控系統，最佳化組件熱噪聲隔離和電磁信號禁止，實現量子比特相干時間提升至150微秒。
研發過程中，谷歌與全球20所高校建立合作關係，投入超過8億美元經費（截至2024年12月）。項目論文於2024年12月12日在《自然》期刊正式發表。
2025年10月22日，美國谷歌量子人工智慧（AI）實驗室研究團隊在英國《自然》雜誌上發表論文宣布，在谷歌自研的適用於量子計算機的“威洛”晶片上，其新研發的“量子回聲”算法實現了首個可驗證的量子優勢。
技術參數
威洛晶片採用超導量子比特技術，物理量子比特數量為105個，存儲於接近絕對零度的低溫恆溫器內。在基準測試中，該晶片通過隨機電路採樣展現出專用算力優勢：對特定任務的處理耗時僅為5分鐘，而當前最快的超級計算機Frontier完成相同任務理論上需要1e+25年。
量子比特採用碼距為7的邏輯編碼方式，實現每增加一個碼距單位，錯誤率呈現指數級下降趨勢。研究數據顯示，碼距為7時的邏輯錯誤率僅為碼距為5時的一半。
核心技術
糾錯機制最佳化
威洛晶片首次在使用更多量子比特的情況下同步降低錯誤率，通過方形格線可擴展設計，將錯誤率降低約2.14倍。實時糾錯系統的引入，使該晶片能夠在運算過程中自主修正誤差，突破表面碼閾值限制。具體而言，在碼距為7的表面碼糾錯方案中，邏輯量子比特壽命達到291微秒，超越了最佳物理量子比特的壽命（119微秒），首次實現了“超越平衡點”的里程碑。此項成果解決了自1995年量子糾錯理論提出以來的關鍵技術難題。此外，威洛晶片首次在超導量子系統上實現了實時糾錯，在距離為5的碼上，解碼延遲平均為63微秒；並開發了高精度解碼器，包括神經網路解碼器和相關最小權重完美匹配解碼器，以支持糾錯過程。
運算性能驗證
谷歌採用隨機電路採樣基準測試（RCS）驗證運算優勢，結果顯示威洛完成100萬次採樣僅耗時5分鐘，而超級計算機Frontier完成同等規模計算理論上需1e+25年。該測試數據在《自然》期刊發表的論文中獲得同行評審確認。
產品設計
威洛晶片採用了可擴展的方形格線設計，通過測試從3×3、5×5到7×7的物理量子比特陣列來構建邏輯量子比特，其錯誤率隨陣列規模擴大而降低，實現了低於閾值的量子糾錯。威洛晶片在其位於美國聖巴巴拉的製造工廠生產，通過改進制造工藝和最佳化電路參數，量子比特的弛豫時間（T1）提升至接近100微秒，單量子比特門平均錯誤率為0.035%，雙量子比特門平均錯誤率為0.33%。
威洛晶片實現了實時糾錯功能，在糾錯過程中將數據量子比特初始化為ZXXZ表面碼的邏輯本徵態並重複執行糾錯周期；谷歌開發了高精度解碼器，包括經過處理器數據微調的神經網路解碼器和增加了匹配綜合的相關最小權重完美匹配解碼器集成，在距離為5的碼上實現平均63微秒的解碼延遲。
性能表現
在穩定性測試方面，研究團隊在72量子比特處理器上進行了長達15小時的持續實驗，系統保持了平均A=2.18±0.07的穩定錯誤抑制性能。
2025年10月22日，谷歌量子AI團隊在《自然》雜誌發表論文宣布，基於威洛晶片運行的“量子回聲”算法實現首個可驗證量子優勢。在執行特定任務時，其計算速度比目前最快的經典超級計算機快13000倍。
套用前景
量子人工智慧部門負責人哈特穆特·內文指出，威洛晶片已具備處理藥物分子模擬、人工智慧訓練最佳化等特定領域問題的潛力，這些套用包括幫助發現新藥、設計更高效的電動汽車電池、加速核聚變和新能源替代的進展。但團隊明確表示，實現商業套用的仍需解決兩大挑戰：量子比特數量擴充至百萬級，以及邏輯錯誤率進一步降低至1e-6以下。哈特穆特·內文表示，具備商業套用價值的量子晶片在2030年之前可能不會出現。
2025年10月22日，谷歌研究團隊在《自然》雜誌發表論文宣布，基於威洛晶片運行的“量子回聲”算法實現首個可驗證量子優勢，該算法在探索自然界系統結構方面極具潛力，標誌著量子計算朝著首批真實世界套用邁出了重要一步。
谷歌的長期目標是構建擁有約100萬個物理量子比特、邏輯錯誤率低於10的容錯量子計算機。
市場反響
艾倫·伍德沃德教授同時指出，其基準測試是為量子計算量身定做的，與傳統計算機的對比存在方法論局限。美國國家量子計算中心主任邁克·卡斯伯特認為Willow更像是一個“里程碑，而不是一個突破”。
