Google 計劃在十年內打造出全球首座實用且採用糾錯機制的量子電腦。這部量子電腦能更快協助全球解決一些最迫切的問題，例如能源的永續、減少排放量以維繫全球持續成長的人口生存，並帶領我們揭開新的科學發現，例如更實用的 AI。
為了展開這趟旅程，今天我們對外公開位於加州聖塔芭芭拉的全新量子 AI 園區，這個園區除了有 Google 首座量子資料中心和研究實驗室外，還包括 Google 自有的晶片製造廠，在這裡，我們的團隊正努力打造一台採用糾錯機制的量子電腦。
我們位於加州聖塔芭芭拉的全新量子 AI 園區將包括我們的第一個量子資料中心、新的研究實驗室和量子處理器製造設備。
Google 20 年前在搜尋服務中推出拼字檢查，當時就已開始採用機器學習技術，經過 10 年後成為深度學習革命的領導者。這時在類神經網路領域已頗有進展，而這項技術也引領了現代 AI。藉由 AI 及其他技術的進步和突破，我們打造出今日許多令人讚嘆的應用程式。展望未來 10 年，從氣候變遷到應對下一次疫情，許多全球最重要的挑戰都亟需新的運算方式。
我們需要效能更好的電池來減輕電網負荷，需要新式肥料並且能避免像現在的固氮技術會產生全球 2% 的碳排放，來滿足全球農業需求，同時，也需要更多標靶藥物來預先遏止下一次疫情。為了開發這些新技術，我們必須進一步瞭解分子，並以更好的方式設計分子，這意謂著我們必須更正確地模擬大自然的運作方式。然而，傳統電腦無法正確模擬分子，就算處理不太大的分子，也會迅速耗盡我們所有的運算能力，大自然遵循的是量子力學的邏輯，原子之間的鍵和交互作用是隨機的，具有更豐富、卻會耗盡傳統電腦邏輯的動能。
跟在量子 AI 園區中的那幾台一樣，我們的低溫恆溫器內部是宇宙中最冷的地方之一，溫度大約為10毫克耳文（milliKelvin)。
這時量子電腦就會派上用場。量子電腦使用量子位元，又稱「qubit」或「Q位元」，能夠處於複雜的疊加狀態，因此能自然地反映出真實世界分子的複雜性。借助採用糾錯機制的量子電腦，我們可以在投資昂貴的真實模型之前，模擬分子的運作及互動，進而測試、發明新的化學程序和新材料。這些新的運算能力，將有助於加速開發出效能更強的電池、節能肥料、標靶藥物以及更優秀的、新的 AI 結構，並進一步優化整體效能。
我們在十年間打造出糾錯量子電腦的過程。
其中包括幾個科學里程碑，像是打造出糾錯邏輯量子位元。
如果要達到這個目標，我們正在打造 1 百萬個物理量子位元，並在大小如一個房間、採用糾錯機制的量子電腦中彼此配合運作。這對現今不到 100 個量子位元的中等規模的系統來說是一大進步。
為了建構那樣的系統，我們必須先打造出世界第一個「量子電晶體」，讓兩個運用糾錯機制的「邏輯量子位元」可以一起作業，並且找出可以將幾百甚至幾千個「量子電晶體」堆疊起來，組成採用糾錯機制的量子電腦，這個階段將會費時數年。
為了打造量子電晶體，我們需要證明可以將 1,000 個物理量子位元編碼成 1 個邏輯量子位元。運用量子糾錯機制，這些物理量子位元能彼此合作，組成一個長期存在、幾近完美的量子位元。除非失去電源，否則這個永遠存在的量子位元能夠維持一致性，開創出屬於量子運算的數位時代。同樣地，我們期望透過多年的齊力發展以達到這一個目標。
而為了打造出邏輯量子位元（！），我們需要證明將越多物理量子位元參與糾錯，越能及早防範錯誤發生，由於量子位元極容易出錯，所以這點相當重要，這是我們目前正在量子 AI 園區進行的研究。
我們目前正在運行量子電腦，這部電腦對於模擬的計算能力遠超過傳統電腦，為了持續打造這台實用且採用糾錯機制的量子電腦，並為人類提供適應大自然運作的新工具，我們也正在這座全新的量子 AI 園區打造一個優秀的團隊，一起為未來的電腦科學領域努力。
Sycamore量子處理器具有54個可獨立控制的量子位元和88個可調式耦合器。
耦合器用於啟用量子位元之間的快速量子運算。
本文作者：Google 量子 AI 團隊主任工程師 Erik Lucero
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