Google předvedl kultivaci magických stavů na čipu Willow, chybovost snížil zhruba 40krát

Google Quantum AI uvádí, že prokázal, že kultivace magických stavů, technika přípravy zvláštního druhu kvantového zdroje, funguje na jeho supravodivém procesoru Willow. Podle společnosti metoda snížila chybovost zhruba 40krát ve srovnání se stavy připravenými bez ní. Google uvedl, že práce byla publikována v časopise Science, a oznámil ji tento týden v blogovém příspěvku, jehož autory jsou výzkumná vědkyně Emma Rosenfeld a softwarový inženýr pro kvantové výpočty Craig Gidney.

Kvantové počítače odolné vůči chybám potřebují univerzální sadu operací a takzvaná non-Clifford hradla mezi nimi představují pro většinu návrhů korekce chyb značné náklady na zdroje. Jedním běžným způsobem, jak je zajistit, je nejprve připravit speciální vstupní stavy, nazývané magické stavy, a spotřebovat je k provedení těchto operací. Každý magický stav lze spotřebovat jen jednou a jejich výroba s nízkou chybovostí je nákladná: Google poukazuje na odhady, podle nichž by jejich produkce mohla pohltit až 95% kapacity stroje. Výzkumníci s tímto úzkým hrdlem počítají od roku 2004, uvedla společnost.

Kultivaci navrhli v roce 2024 Gidney a jeho kolegové ze společnosti Google Noah Shutty a Cody Jones, kteří zpřesnili myšlenku z dřívější literatury. Funguje jako filtr: zašuměný stav se vloží do malé oblasti čipu, poté se zkontroluje sledem koordinovaných měření a každý pokus, který odhalí chybu, se zahodí. Podle abstraktu preprintu týmu na arXiv dosáhl experiment věrnosti stavu 0,9999(1) při ponechání 8% pokusů a tým vyvinul měřicí protokol odolný vůči chybám, aby tuto věrnost ohraničil. Google označuje logickou věrnost 99,99% u svých T-stavů za rekord.

Výzkumníci také přenesli kultivované stavy mezi dvěma schématy korekce chyb. Barevné kódy, novější přístup, se pro kultivaci hodí, zatímco povrchové kódy jsou zavedenější metodou. Tým převedl stavy z barevného kódu se vzdáleností 3 do povrchového kódu se vzdáleností 5, což podle společnosti Google ukázalo, že vyčištěné stavy mohou předání na jejím hardwaru přežít. Společnost rovněž popsala měsíce hledání závad poté, co rané údaje vypadaly fyzikálně nevěrohodně: Rosenfeld vystopovala problém k laboratornímu šumu z driftujícího elektrického vybavení a ke změnám teploty, které podkopávaly obvyklý benchmark týmu, což vedlo k posílení kontroly a k novému přístupu k benchmarkingu, v němž kultivace slouží k měření sebe sama.

Google přiznal, že kultivaci je ještě třeba předvést ve větším měřítku, než bude realistická pro praktické stroje, a uvedl, že zbývá spousta technických výzev. Údaj o ponechaných pokusech také znamená, že většina pokusů v experimentu byla zahozena. Preprint článku byl dříve zveřejněn na arXiv. Google prezentuje výsledek jako krok k cíli postavit užitečný kvantový počítač s korekcí chyb.