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項工作需要對整個量子計算堆棧進行改進。谷歌制造了具有更好量子位的芯片，改進了用來封裝這些芯片的方法，以更好地將芯片與控制電子設備連接起來，并開發了同時校準具有幾十個量子位的大型芯片的技術。

這些改進最終產生了兩個關鍵結果。首先，谷歌現在能夠以高保真度重置他們的量子位，并能夠在量子計算中重用量子位。其次，谷歌實現了中間電路測量，使其能夠跟蹤量子電路內的計算。在谷歌最近使用重復碼對位和相位翻轉錯誤進行指數抑制的演示中，高保真重置和中間電路測量被同時使用，隨著重復碼中量子位數量從5增長到21，對邏輯錯誤的抑制實現了最多100倍的指數級增長。

重復碼是一種糾錯工具，使谷歌能夠在資源（更多量子比特）和性能（更低錯誤）之間進行權衡，這將是指導未來硬件研發的核心。2021年，谷歌展示了隨著一維代碼包含的量子位數量，錯誤將如何減少。

谷歌目前正在進行實驗，以將這些結果擴展到二維表面碼，從而更全面地糾正錯誤。

量子計算的應用

除了構建量子硬件，谷歌團隊還在現實世界應用中尋找量子優勢的明顯邊際。谷歌正在學術界和工業界的合作者一起探索量子計算機可以提供顯著加速的領域，并有現實的期望，即糾錯量子計算機可能需要比二次加速更好的加速才能實現有意義的改進。

2021年谷歌與學術和行業合作伙伴的合作是非常寶貴的。

·2021年12月，谷歌與加州理工學院的一項值得注意的合作表明，在某些條件下，量子機器可以通過比傳統要求少得多的實驗來了解物理系統。這種新穎的方法通過使用40個量子位和1300個量子操作進行實驗驗證，即使使用今天的嘈雜型量子處理器，也具有巨大的量子優勢。這為量子機器學習和量子傳感方面的更多創新鋪平了道路，并具有潛在的近期用例。

·2021年6月，谷歌與哥倫比亞大學的研究人員合作，將最強大的化學模擬技術之一——量子蒙特卡羅與量子計算相結合。當在真正的量子計算機上運行這項技術的組件時，能夠在不犧牲測量精度的情況下將先前計算的規模擴大一倍，即使在具有16個量子位的設備上存在噪聲的情況下也是如此。并且，即使在當今的量子計算機上，這種方法對噪聲的恢復能力也表明其具有可擴展性的潛力。

谷歌還研究如何使用量子計算機來模擬量子物理現象——最近，研究人員利用谷歌量子處理器成功制造了時間晶體。這對理論家來說是一個偉大的時刻，他們思考時間晶體的可能性已經近一個世紀。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量子計算機上通過實驗測量無序相關性，探索量子混沌動力學的出現；并通過與慕尼黑技術大學的合作者使用淺量子電路創建其本征態，實驗測量了Toric碼哈密頓量基態的糾纏熵。

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，甚至啟發了他們。谷歌量子人工智能團隊繼續專注于機器學習、化學和多體量子物理學，并將在2022年及以后繼續與來自世界各地的科學家和研究人員合作，以發現和實現有意義的量子應用。