Google demonstrează cultivarea stărilor magice pe Willow, reducând erorile de aproximativ 40 de ori

Google Quantum AI afirmă că a demonstrat că cultivarea stărilor magice, o tehnică de pregătire a unui tip special de resursă cuantică, funcționează pe procesorul său supraconductor Willow. Potrivit companiei, metoda a redus erorile de aproximativ 40 de ori comparativ cu stările pregătite fără ea. Google a declarat că lucrarea a fost publicată în Science, anunțând-o săptămâna aceasta într-o postare pe blog semnată de cercetătoarea Emma Rosenfeld și de inginerul de software cuantic Craig Gidney.

Calculatoarele cuantice tolerante la erori au nevoie de un set universal de operații, iar așa-numitele porți non-Clifford din acest set reprezintă un cost semnificativ de resurse pentru majoritatea arhitecturilor de corecție a erorilor. O modalitate obișnuită de a le furniza este pregătirea prealabilă a unor stări de intrare speciale, numite stări magice, care sunt consumate pentru efectuarea acestor operații. Fiecare stare magică poate fi consumată o singură dată, iar producerea lor cu erori reduse este costisitoare: Google indică estimări potrivit cărora până la 95% din capacitatea unei mașini ar putea fi dedicată producerii lor. Cercetătorii anticipează acest blocaj încă din 2004, a precizat compania.

Cultivarea a fost propusă în 2024 de Gidney împreună cu colegii săi de la Google Noah Shutty și Cody Jones, care au rafinat o idee din literatura anterioară. Ea funcționează ca un filtru: o stare zgomotoasă este injectată într-o zonă mică a cipului, apoi verificată printr-o secvență de măsurători coordonate, iar orice încercare care dezvăluie o eroare este eliminată. Potrivit rezumatului preprintului echipei publicat pe arXiv, experimentul a atins o fidelitate a stării de 0,9999(1), păstrând 8% dintre încercări, iar echipa a dezvoltat un protocol de măsurare tolerant la erori pentru a stabili o limită a acestei fidelități. Google descrie fidelitatea logică de 99,99% pentru stările T drept un record.

Cercetătorii au transferat, de asemenea, stări cultivate între două scheme de corecție a erorilor. Codurile color, o abordare mai nouă, se potrivesc cultivării, în timp ce codurile de suprafață sunt metoda mai consacrată. Echipa a grefat stări dintr-un cod color de distanță 3 într-un cod de suprafață de distanță 5, ceea ce, potrivit Google, a arătat că stările purificate pot supraviețui transferului pe hardware-ul său. Compania a descris și luni de depanare după ce datele inițiale păreau fizic neplauzibile: Rosenfeld a identificat cauza problemei în zgomotul din laborator provocat de echipamente electrice cu derivă și de variațiile de temperatură, care au subminat metoda obișnuită de evaluare comparativă a echipei, ceea ce a dus la un control suplimentar și la o nouă abordare de evaluare în care cultivarea este folosită pentru a se măsura pe sine.

Google a recunoscut că cultivarea trebuie încă demonstrată la o scară mai mare înainte de a deveni realistă pentru mașini practice și a afirmat că rămân numeroase provocări tehnice. Cifra de retenție înseamnă, de asemenea, că majoritatea încercărilor din experiment au fost eliminate. Un preprint al lucrării a fost publicat anterior pe arXiv. Google prezintă rezultatul ca pe un pas către obiectivul său de a construi un calculator cuantic util, cu corecție a erorilor.