谷歌量子团队近日再次引发科学界关注，其最新研究成果登上《自然》杂志封面。该团队提出的“量子回声”算法不仅实现了量子计算结果的可重复验证，还解决了长期困扰领域的计算结果确认难题。研究显示，搭载该算法的量子计算机完成特定计算任务仅需2.1小时，而经典超级计算机Frontier需要3.2年，速度差异达1.3万倍。
这项突破性研究由超过200位科研人员共同完成，参与者来自普林斯顿大学、加州大学伯克利分校、麻省理工学院等顶尖机构。新晋诺贝尔物理学奖得主、谷歌量子AI实验室硬件首席科学家Michel Devoret也参与了这项研究。研究团队开发的“量子回声”算法通过模拟时间倒流机制，将扩散的量子信息重新聚焦，显著提升了观测精度。
在技术实现层面，研究团队采用超导量子处理器进行实验，最多同时操控65个量子比特。实验证明，新型非时序关联函数（OTOC）的观测效果远超传统时序关联函数（TOC）。传统方法在量子系统演化9个周期后信号便难以检测，而二阶OTOC在演化20个周期后仍保持清晰信号。这种提升使得量子系统动力学细节的观测成为可能。
研究还揭示了量子系统特有的“大循环干涉”现象。量子比特演化过程中产生的泡利字符串会形成闭合环路，这些环路的信号通过相长干涉得到增强。经典计算机因无法处理这种复杂干涉模式，在模拟65量子比特系统时需要3.2年才能完成，而量子处理器仅需2.1小时。即便采用蒙特卡洛等优化算法，经典模拟的信噪比（1.1）也远低于量子实验的3.9。
在应用验证方面，研究团队将二阶OTOC应用于量子系统哈密顿量学习。通过设计单参数学习实验，系统成功识别出模拟量子系统中的未知相位参数，误差控制在极小范围内。这种能力使得OTOC成为分析固态核磁共振系统等真实量子材料的理想工具，能够反推材料内部的相互作用规律。
硬件层面的突破为算法实现提供了关键支撑。谷歌Willow芯片凭借极低错误率和高速运算能力，成为“量子回声”算法的理想载体。最新数据显示，该芯片在105量子比特阵列中实现了单量子比特门99.97%、纠缠门99.88%、读出99.5%的保真度，所有操作均在数十至数百纳秒内完成。这些性能指标使芯片能够满足复杂量子算法的计算需求。
研究团队同时展示了量子计算增强型核磁共振技术的潜力。在药物研发领域，该技术可精确测定药物分子与靶点的结合方式；在材料科学领域，能够表征聚合物、电池组件及量子比特材料等新型物质的分子结构。这种跨领域应用能力，为量子计算从实验室走向实际应用开辟了新路径。
论文详细地址：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6
补充研究资料：[1]https://blog.google/technology/research/quantum-hardware-verifiable-advantage/
