谷歌表示，它已经把量子计算中最有前景的论文构想之一，变成了真正能在芯片上运行的技术。

谷歌量子AI团队周四在《Science》上发表论文称，一种名为“魔法态培养”（magic state cultivation）的技术，在其 Willow 处理器上将错误率降低了约40倍。

让量子计算机更便宜地建造，重要性远不止于物理实验室，因为这会提前实现其执行有用工作的那一天，例如设计药物和新材料，也会提前到来一个可能破解保护银行登录信息和比特币钱包加密的时点。

量子计算机依靠量子比特（qubit）运行——量子比特可以同时处于0和1的叠加状态，从而让机器并行探索许多答案。但它们也极其脆弱：一点热量或电噪声就可能翻转量子比特并破坏计算，因此整个行业都在专注于纠错，即把一条信息分散到许多量子比特中，以便发现并修正错误。

纠错能很好地处理简单运算，但真正有用的程序还需要一类更难的运算，而这类运算无法用同样方式保护。要运行这些运算，机器首先必须制造魔法态，它们就像这些运算的一次性燃料电池：每个魔法态在被使用的瞬间就会被消耗掉。

谷歌称，生产干净的魔法态一直代价极高。根据谷歌的说法，一些估计显示，这一过程最高可能占到量子计算机全部容量的95%，留给真正计算的空间非常有限。

物理学家 Sergei Bravyi 和 Alexei Kitaev 早在2004年就提出了标准解决方案——魔法态蒸馏（magic state distillation），即把许多有噪声的魔法态提纯成少数干净的魔法态。这个方法有效，但需要庞大的量子比特“工厂”，而这些工厂除了这项工作之外什么也不做。

2024年，谷歌研究人员提出了一条更便宜的路径，并将其命名为魔法态培养。与工厂不同，这种技术更像一个过滤器：把一个粗糙的魔法态注入芯片上一个很小的区域，然后对其进行一连串检查，丢弃每一个被发现有缺陷的尝试，只保留不断“长大”的幸存者。该论文甚至表示，进一步蒸馏“在实践中也许永远不需要”。

谷歌表示：“在谷歌量子AI的 Willow 处理器上，我们的协议相较于未培养状态实现了惊人的40倍误差降低。我们还得到了 T 态，其逻辑保真度创下99.99%的纪录。”

只有约8%的尝试通过了所有检查，这意味着芯片会丢弃超过十分之九的尝试，只为保留一个干净状态。

培养技术是 Gidney 2025年估算中的一项关键技巧之一。该估算认为，RSA-2048 加密可以用不到100万个有噪声的量子比特破解，较他2019年估算的2000万个下降了20倍。在这次实验之前，培养技术只在理论和计算机模拟中被测试过。

谷歌在3月进一步收紧了这一估算。当时，谷歌量子AI与以太坊基金会研究员 Justin Drake 以及斯坦福密码学家 Dan Boneh 共同撰写的一份白皮书称，破解比特币椭圆曲线密码学的成本低于50万个物理量子比特。椭圆曲线密码学是阻止任何人从公开地址推导出私钥的数学机制。这一结果延续了谷歌去年10月的 Quantum Echoes 实验——那是现实硬件上首次经过验证的量子加速。

不过，这并不意味着有人正在盗取钱包。此次实验最多只用了 Willow 105个量子比特中的54个，而且论文指出，要分解 RSA-2048 密钥，需要误差约为百亿分之一的魔法态，这大约比谷歌刚刚实现的水平干净一百万倍。

谷歌表示，下一步是把培养技术扩展到更大规模。团队预计，如果把 Willow 底层硬件噪声减半，魔法态误差将降至约十万分之二，因为该过程中的错误会随芯片噪声水平的三次方下降。