Google продемонстрировала культивирование магических состояний на Willow, снизив число ошибок примерно в 40 раз

Google Quantum AI сообщает, что показала работоспособность культивирования магических состояний — метода подготовки особого вида квантового ресурса — на своём сверхпроводниковом процессоре Willow. По данным компании, метод снизил число ошибок примерно в 40 раз по сравнению с состояниями, подготовленными без него. Google сообщила, что работа опубликована в Science, анонсировав её на этой неделе в записи в блоге, подготовленной научным сотрудником Emma Rosenfeld и инженером по квантовому программному обеспечению Craig Gidney.

Отказоустойчивым квантовым компьютерам нужен универсальный набор операций, и так называемые не-Clifford-гейты среди них требуют значительных ресурсов в большинстве схем коррекции ошибок. Один из распространённых способов их обеспечить — сначала подготовить особые входные состояния, называемые магическими, и расходовать их на выполнение этих операций. Каждое магическое состояние можно использовать только один раз, а получать их с низким уровнем ошибок дорого: Google ссылается на оценки, согласно которым на их производство может уходить до 95% мощностей машины. По словам компании, исследователи предвидели это узкое место ещё с 2004 года.

Культивирование предложили в 2024 году Gidney и его коллеги по Google Noah Shutty и Cody Jones, доработав идею из более ранней литературы. Метод действует как фильтр: зашумлённое состояние вводится в небольшую область чипа, затем проверяется серией согласованных измерений, и любая попытка, выявившая ошибку, отбрасывается. Согласно аннотации препринта команды на arXiv, в эксперименте была достигнута точность состояния 0,9999(1) при сохранении 8% попыток, а для оценки границы этой точности команда разработала отказоустойчивый протокол измерений. Google характеризует логическую точность 99,99% для своих T-состояний как рекордную.

Исследователи также переносили культивированные состояния между двумя схемами коррекции ошибок. Цветовые коды — более новый подход — хорошо подходят для культивирования, тогда как поверхностные коды являются более устоявшимся методом. Команда пересадила состояния из цветового кода с расстоянием 3 в поверхностный код с расстоянием 5, что, по словам Google, показало: очищенные состояния способны пережить такую передачу на её оборудовании. Компания также рассказала о месяцах поиска неисправностей после того, как первые данные выглядели физически неправдоподобными: Rosenfeld установила, что причиной был лабораторный шум от дрейфа электрооборудования и перепадов температуры, который подрывал обычный эталонный тест команды; это побудило усилить контроль и внедрить новый подход к бенчмаркингу, при котором культивирование используется для измерения самого себя.

Google признала, что культивирование ещё предстоит продемонстрировать в более крупном масштабе, прежде чем оно станет реалистичным для практических машин, и заявила, что остаётся множество технических проблем. Показатель сохранения также означает, что большинство попыток в эксперименте было отброшено. Препринт статьи ранее был размещён на arXiv. Google представляет этот результат как шаг к своей цели — созданию полезного квантового компьютера с коррекцией ошибок.