本文主要是介绍致力于“量子优越性”的实现，全球在线搜索巨头谷歌引领量子科技的发展，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
在上一期的产业观察中，我们领略了IBM在量子领域的布局，见证了IBM是如何为即将到来的量子优势时代做好准备。今天求是量子为大家介绍另一家我们耳熟能详的公司：谷歌（Google）。目前，谷歌是公认的全球最大的搜索引擎公司。而在量子领域，很多人也听说过谷歌在2019年宣称率先实现“量子优越性”(quantum advantage）。
谷歌公司（Google Inc.）成立于1998年9月4日，由拉里·佩奇（Lawrence Edward Page）和谢尔盖·布林（Sergey Mikhaylovich Brin）共同创建。在1999年下半年，谷歌网站google.com正式启用。其总部在美国加利福尼亚州（California）圣克拉拉县的山景市（Mountain View）。而在量子计算领域，其关于量子优越性的文章登上了顶级期刊《自然》（Nature）150 周年版的封面，足可见其研究实力之强劲。
谷歌凭搜索引擎引领互联网的时代浪潮
作为一家跨国高科技企业，谷歌的业务涵盖了互联网搜索、云计算和广告技术等。谷歌同时开发并提供大量基于互联网的产品与服务，包括线上软件、应用软件，移动设备的安卓（Android）操作系统以及Chrome OS操作系统。目前，其主要利润来自于YouTube广告和AdWords等广告服务。
在发展初期，谷歌最有创意的地方在于发明了PageRank算法。事实证明，基于PageRank的网站排序算法是非常成功而且有效的。虽然今天的互联网已经变得异常加庞大且复杂，人工智能与自然语言处理也在近年来获得了巨大的进步，PageRank仍是谷歌搜索引擎背后的重要支柱之一。
谷歌的英文名称Google来源于Googol一词。GooGol代表一个很大的数字，即10的100次幂（方）。一种说法是，在谷歌公司创建之初，肖恩·安德森（Sean Anderson）在搜索GooGol是否已经被注册时，将Googol误打成了Google。
在2015年10月2日，谷歌公司进行了重组并成立字母控股公司（Alphabet Inc.）。重组后，谷歌成为字母控股旗下最大的子公司，其他还包括了鼎鼎大名的DeepMind等数十家子公司。
谷歌的X实验室（X Development LLC）成立于2010，被认为是公司的“登月工厂”。该实验通过认真对待疯狂想法来追求技术突破，试图通过发明全新技术来解决人类面临的重大问题。而要想成为实验室的“登月计划”，一个创意必须符合三个标准：必须解决一个重大的全球性问题，涉及发明突破性技术，结果至少比目前成果“好10倍”。有消息称，目前X实验室也对量子领域产生了兴趣并拥有一个属于自己的小型研究团队。但无论是X实验室或是谷歌研究院（Google Research），此番“量子优越性”的里程碑式突破，是谷歌在量子赛道上的一次快速飞奔。
“量子优越性”的突破，下一个时代浪潮的开端
事实上，除了火爆全网的“量子优越性”的突破，谷歌在其他很多方面也有建树，如开源量子计算平台OpenFermion能够模拟相互作用的电子（费米子）构成的系统；TensorFlow Quantum专注于处理量子数据和构建量子-经典混合模型；Cirq是谷歌专为有噪声的中型量子（noisy intermediate-scale quantum，NISQ）算法打造的框架，允许开发者为特定的量子处理器编写量子算法；发开了代号为Bristlecone的72量子比特的量子处理器等。这些工作都为量子领域的发展注入了新鲜力量。
2014年1月，谷歌的研究人员通过建了一系列架构上可扩展的量子退火(quantum annealing, QA)处理器，由相互作用的自旋网络组成。相关研究不仅证明了这些系统的量子相干性，还发现一个令人鼓舞的现象，即QA是一种可行的大规模量子计算技术。
2017年9月，谷歌发布了开源库OpenFermion，用于编译和分析量子算法来模拟相互作用的费米子系统，并可应用于量子化学。OpenFermion的核心库的构架是与具体的量子编程框架无关的，从而可以确保其与不同社区开发的各种平台之间的兼容性。这一特性使得OpenFermion能够支持外源开发包，而这些开发包可以为不同的硬件平台编译不同规范的量子汇编语言。
2018年3月，谷歌在洛杉矶（Los Angeles）举行的美国物理学会的三月会议上（March Meeting by American Physical Society）上展示了其最新的量子处理器Bristlecone。该处理器具有72个量子比特。单量子比特门的错误率为0.1%，而双量子比特门的错误率略高，为0.6%。该处理器的发布意味着谷歌在超导量子比特的制造与应用上领先全世界。
2018年7月，谷歌发布了专门NISQ算法打造的框架Cirq。该框架允许开发者为特定的量子处理器编写量子算法，并为用户提供了对量子电路的精确控制，从而使得编写和编译量子电路更加方便。谷歌对Cirq的数据结构进行了专门的优化，使得开发者能更加充分地利用NISQ设备的特性。Cirq同时支持在模拟器上运行这些算法，旨在通过云与未来的量子硬件或更大的模拟器集成。
2019年10月，谷歌在《自然》上发文称实现了“量子优越性”。谷歌团队在一个包含了53个可用量子比特的可编程超导量子处理器“Sycamore”上运行随机量子线路，执行波色采样任务。根据谷歌的结果，该量子处理器可以在200秒内进行约100万次采样，而当时最强的超算Summit则需要1万年才能算出同样的结果。虽然该结果受到了来自IBM的研究人员的质疑，而随后发现的新经典算法可以将波色采样的运行时间缩短至小时甚至分钟级别，但是谷歌这一里程碑式的突破无疑为量子计算注入了一剂强心针，更掀起了新一轮的量子浪潮。
2020年3月，谷歌发布了TensorFlow Quantum(TFQ)，这是一个用于量子-经典混合机器学习的Python框架，致力于建模量子数据。该框架允许量子算法的研究人员和机器学习的研究人员共同探索如何将量子计算与机器学习结合在一起，训练量子模型。目前，该框架仅支持经典模拟器，或许将来TFQ能够在真实的量子处理器上执行量子线路。
2021年2月，谷歌发文称用“Sycamore”量子处理器实现了量子纠错码(Quantum error correction，QEC)，其中每个量子比特都可以调谐地与四个最最近邻量子比特相耦合。该文章还首次介绍了一种用于分析高精度误差相关性和描述在执行QEC时设备中错误的局部性的方法。这些研究结果表明，超导量子比特是实现容错量子计算的可行方法之一。
研究团队
Dr. Hartmut Neven是谷歌的工程总监，同时也是量子人工智能实验室的创始人和经理。该实验室的目标是制造量子处理器和开发新的量子算法，以显著加快机器智能的计算任务。之前也曾担任过视觉搜索小组的负责人。其于1996年获得博士学位，论文题目为”Dynamics for vision-guided autonomous mobile robots”。之后成为了南加州大学计算机科学和理论神经科学的研究教授。
Dr. Ryan Babbush是谷歌的一名科学家并主管谷歌的量子算法，其专注于开发实用的量子算法，尤其是在新兴量子处理器上能够高效模拟经典难以处理的物理系统的算法。其领导的团队致力于设计算法和开发软件，使用量子计算机解决化学、材料科学、机器学习和线性代数方面的问题。其2015年在美国哈佛大学取得化学物理博士学位。
Dr. Julian Kelly是谷歌AI Quantum的研究科学家。他是系统控制团队的领导，该团队负责构建操作量子计算机的硬件和软件。加入谷歌以来，他一直致力于改进规模化和集成化的量子处理器，并担任具有72量子比特的处理器Bristlecone的首席设计师，并开发了谷歌运行量子处理器的软件核心–自动校准框架“optimus”。他在2015年于加州大学圣芭芭拉分校取得物理博士学位。
Dr. John Martinis是谷歌前量子硬件团队领导（目前仅在谷歌担任咨询工作），他在2014成立了谷歌的量子硬件团队。他于2019年带领团队首次实现量子优越性的里程碑式突破，并登上《Nature》封面。量子计算硬件实验室的这次突破可比作“莱特兄弟的首飞”。同年，他被评选为《Nature》2019十大科学人物。
总结
谷歌在互联网的浪潮中，凭借搜索引擎的巨大优势，短短20年就建立了庞大的商业帝国，目前也是被公认为全球最大的搜索引擎公司。其业务板块也非常丰富，包括互联网搜索、云计算、广告技术，开发并提供大量基于互联网的产品与服务，开发线上软件、应用软件，还涉及移动设备的Android操作系统以及操作系统谷歌ChromeOS操作系统的开发等等。不仅如此，谷歌公司也一直处于技术研究的最前沿，其名下神秘的X实验室更是试图通过发明全新技术来解决人类面临的重大问题。在量子计算方面，谷歌也一直走在世界的最前端。在软件方面，其具有开源量子计算平台OpenFermion和TensorFlow Quantum框架等，在硬件方面，更是有用“Sycamore”量子处理器首次实现量子优越性的里程碑式突破。有了这些技术的积累，我相信，在不久到来的量子时代，谷歌仍然能够成为时代的“弄潮儿”。
参考来源：
1.Google，百度百科，https://baike.baidu.com/item/Google/86964?fr=aladdin
2.Google, Wikipedia，https://zh.wikipedia.org/wiki/Google
3.Google Research，Quantum Computing, https://research.google/research-areas/quantum-computing/
4.Google AI Blog, https://ai.googleblog.com/
5.OpenFermion，Github网站，https://github.com/quantumlib/OpenFermion
6.谷歌神秘的X实验室，有一支不为人知的量子计算软件团队，DeepTech深科技，https://baijiahao.baidu.com/s?id=1657333829987052951&wfr=spider&for=pc
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