Google mendemonstrasikan kultivasi magic state di Willow, menekan galat sekitar 40 kali lipat

Google Quantum AI menyatakan telah menunjukkan bahwa kultivasi magic state, sebuah teknik untuk menyiapkan jenis sumber daya kuantum khusus, berfungsi pada prosesor superkonduktor Willow miliknya. Menurut perusahaan, metode ini menurunkan galat sekitar 40 kali lipat dibandingkan keadaan yang disiapkan tanpa metode tersebut. Google mengatakan penelitian ini diterbitkan di Science, dan mengumumkannya pekan ini melalui unggahan blog oleh ilmuwan riset Emma Rosenfeld dan insinyur perangkat lunak kuantum Craig Gidney.

Komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan membutuhkan himpunan operasi universal, dan apa yang disebut gerbang non-Clifford di antaranya merupakan beban sumber daya yang signifikan bagi sebagian besar rancangan koreksi galat. Salah satu cara umum untuk menyediakannya adalah terlebih dahulu menyiapkan keadaan masukan khusus, yang disebut magic state, lalu menghabiskannya untuk menjalankan operasi tersebut. Setiap magic state hanya dapat dipakai sekali, dan membuatnya dengan galat rendah itu mahal: Google merujuk pada perkiraan bahwa hingga 95% kapasitas sebuah mesin mungkin terpakai untuk memproduksinya. Menurut perusahaan, para peneliti telah mengantisipasi hambatan ini sejak 2004.

Kultivasi diusulkan pada 2024 oleh Gidney bersama rekan-rekannya di Google, Noah Shutty dan Cody Jones, yang menyempurnakan gagasan dari literatur sebelumnya. Teknik ini bekerja sebagai penyaring: keadaan yang berderau diinjeksikan ke area kecil pada chip, lalu diperiksa melalui serangkaian pengukuran terkoordinasi, dan setiap upaya yang menunjukkan galat dibuang. Menurut abstrak preprint tim di arXiv, eksperimen ini mencapai fidelitas keadaan 0,9999(1) dengan mempertahankan 8% upaya, dan tim mengembangkan protokol pengukuran toleran-kesalahan untuk menetapkan batas fidelitas tersebut. Google menggambarkan fidelitas logis 99,99% untuk T-state miliknya sebagai rekor.

Para peneliti juga memindahkan keadaan hasil kultivasi di antara dua skema koreksi galat. Color code, pendekatan yang lebih baru, cocok untuk kultivasi, sedangkan surface code adalah metode yang lebih mapan. Tim mencangkokkan keadaan dari color code distance-3 ke surface code distance-5, yang menurut Google menunjukkan bahwa keadaan yang telah dimurnikan dapat bertahan melalui perpindahan tersebut pada perangkat kerasnya. Perusahaan juga menggambarkan berbulan-bulan pemecahan masalah setelah data awal tampak tidak masuk akal secara fisika: Rosenfeld melacak masalahnya ke derau laboratorium dari peralatan listrik yang mengalami pergeseran dan perubahan suhu yang merusak tolok ukur yang biasa dipakai tim, sehingga mendorong penambahan kontrol dan pendekatan tolok ukur baru di mana kultivasi digunakan untuk mengukur dirinya sendiri.

Google mengakui bahwa kultivasi masih perlu didemonstrasikan pada skala yang lebih besar sebelum menjadi realistis untuk mesin praktis, dan mengatakan masih banyak tantangan teknis yang tersisa. Angka retensi tersebut juga berarti bahwa sebagian besar upaya dalam eksperimen ini dibuang. Preprint makalah tersebut sebelumnya telah diunggah di arXiv. Google membingkai hasil ini sebagai langkah menuju tujuannya membangun komputer kuantum yang berguna dan terkoreksi galatnya.