Google ने Willow पर मैजिक स्टेट कल्टिवेशन का प्रदर्शन किया, त्रुटियाँ लगभग 40 गुना घटीं

Google Quantum AI का कहना है कि उसने दिखाया है कि मैजिक स्टेट कल्टिवेशन, यानी एक विशेष प्रकार के क्वांटम संसाधन को तैयार करने की तकनीक, उसके Willow सुपरकंडक्टिंग प्रोसेसर पर काम करती है। कंपनी के अनुसार, इस विधि ने इसके बिना तैयार की गई स्टेट्स की तुलना में त्रुटियों को लगभग 40 गुना कम किया। Google ने कहा कि यह काम Science में प्रकाशित हुआ है; इसकी घोषणा इस सप्ताह रिसर्च साइंटिस्ट Emma Rosenfeld और क्वांटम सॉफ़्टवेयर इंजीनियर Craig Gidney के एक ब्लॉग पोस्ट में की गई।

फ़ॉल्ट-टॉलरेंट क्वांटम कंप्यूटरों को ऑपरेशनों के एक सार्वभौमिक (यूनिवर्सल) सेट की ज़रूरत होती है, और इनमें तथाकथित non-Clifford गेट अधिकांश एरर-करेक्शन डिज़ाइनों के लिए संसाधनों की एक बड़ी लागत होते हैं। इन्हें उपलब्ध कराने का एक आम तरीका यह है कि पहले विशेष इनपुट स्टेट्स तैयार की जाएँ, जिन्हें मैजिक स्टेट्स कहा जाता है, और फिर उन ऑपरेशनों को करने में उन्हें खपा दिया जाए। हर मैजिक स्टेट केवल एक बार इस्तेमाल हो सकती है, और उन्हें कम त्रुटि के साथ बनाना महँगा है: Google उन अनुमानों का हवाला देता है जिनके अनुसार किसी मशीन की क्षमता का 95% तक हिस्सा उन्हें बनाने में जा सकता है। कंपनी ने कहा कि शोधकर्ता 2004 से इस अड़चन का अनुमान लगाते रहे हैं।

कल्टिवेशन का प्रस्ताव 2024 में Gidney ने Google के सहयोगियों Noah Shutty और Cody Jones के साथ मिलकर रखा था, जिन्होंने पहले के साहित्य के एक विचार को परिष्कृत किया। यह एक फ़िल्टर की तरह काम करता है: एक नॉइज़ी स्टेट को चिप के एक छोटे हिस्से में डाला जाता है, फिर समन्वित मापों की एक शृंखला के ज़रिए उसकी जाँच की जाती है, और जिस भी प्रयास में कोई त्रुटि सामने आती है उसे छोड़ दिया जाता है। टीम के arXiv प्रीप्रिंट के सार (एब्स्ट्रैक्ट) के अनुसार, प्रयोग ने 8% प्रयासों को बनाए रखते हुए 0.9999(1) की स्टेट फ़िडेलिटी हासिल की, और टीम ने उस फ़िडेलिटी की सीमा तय करने के लिए एक फ़ॉल्ट-टॉलरेंट मापन प्रोटोकॉल विकसित किया। Google अपनी T-स्टेट्स के लिए 99.99% लॉजिकल फ़िडेलिटी को एक रिकॉर्ड बताता है।

शोधकर्ताओं ने कल्टिवेट की गई स्टेट्स को दो एरर-करेक्टिंग योजनाओं के बीच स्थानांतरित भी किया। कलर कोड, जो एक नया तरीका है, कल्टिवेशन के लिए उपयुक्त हैं, जबकि सरफ़ेस कोड अधिक स्थापित पद्धति हैं। टीम ने डिस्टेंस-3 कलर कोड से स्टेट्स को डिस्टेंस-5 सरफ़ेस कोड में ग्राफ़्ट किया, जिसके बारे में Google का कहना है कि इससे पता चला कि शुद्ध की गई स्टेट्स उसके हार्डवेयर पर इस हस्तांतरण में टिकी रह सकती हैं। कंपनी ने महीनों चली उस समस्या-निवारण प्रक्रिया का भी वर्णन किया जो शुरुआती डेटा के भौतिक रूप से असंभाव्य दिखने के बाद शुरू हुई: Rosenfeld ने समस्या का स्रोत लैब के नॉइज़ में पाया, जो ड्रिफ़्ट होते विद्युत उपकरणों और तापमान में बदलावों से आ रहा था और जिसने टीम के सामान्य बेंचमार्क को कमज़ोर कर दिया था; इसके चलते अतिरिक्त नियंत्रण जोड़े गए और एक नया बेंचमार्किंग तरीका अपनाया गया, जिसमें कल्टिवेशन का उपयोग स्वयं को मापने के लिए किया जाता है।

Google ने स्वीकार किया कि व्यावहारिक मशीनों के लिए यथार्थवादी बनने से पहले कल्टिवेशन को अभी बड़े पैमाने पर प्रदर्शित किया जाना बाकी है, और कहा कि अभी भी बहुत सी तकनीकी चुनौतियाँ बनी हुई हैं। रिटेंशन के आँकड़े का यह भी अर्थ है कि प्रयोग में अधिकांश प्रयास छोड़ दिए गए। पेपर का एक प्रीप्रिंट पहले arXiv पर पोस्ट किया गया था। Google इस परिणाम को एक उपयोगी, एरर-करेक्टेड क्वांटम कंप्यूटर बनाने के अपने लक्ष्य की ओर एक कदम के रूप में प्रस्तुत करता है।