Google продемонструвала культивування магічних станів на Willow, зменшивши кількість помилок приблизно в 40 разів

Google Quantum AI повідомляє, що показала працездатність культивування магічних станів — методу підготовки особливого виду квантового ресурсу — на своєму надпровідниковому процесорі Willow. За даними компанії, метод зменшив кількість помилок приблизно в 40 разів порівняно зі станами, підготовленими без нього. Google повідомила, що роботу опубліковано в Science, анонсувавши її цього тижня в записі в блозі, підготовленому науковою співробітницею Emma Rosenfeld та інженером із квантового програмного забезпечення Craig Gidney.

Відмовостійким квантовим комп’ютерам потрібен універсальний набір операцій, і так звані не-Clifford-гейти серед них потребують значних ресурсів у більшості схем корекції помилок. Один із поширених способів їх забезпечити — спершу підготувати особливі вхідні стани, які називають магічними, і витрачати їх на виконання цих операцій. Кожен магічний стан можна використати лише один раз, а отримувати їх із низьким рівнем помилок дорого: Google посилається на оцінки, згідно з якими на їх виробництво може йти до 95% потужностей машини. За словами компанії, дослідники передбачали це вузьке місце ще з 2004 року.

Культивування запропонували у 2024 році Gidney та його колеги з Google Noah Shutty і Cody Jones, доопрацювавши ідею з раніших публікацій. Метод діє як фільтр: зашумлений стан вводиться в невелику ділянку чипа, потім перевіряється серією узгоджених вимірювань, і будь-яка спроба, що виявила помилку, відкидається. Згідно з анотацією препринту команди на arXiv, в експерименті досягнуто точності стану 0,9999(1) за збереження 8% спроб, а для оцінки межі цієї точності команда розробила відмовостійкий протокол вимірювань. Google характеризує логічну точність 99,99% для своїх T-станів як рекордну.

Дослідники також переносили культивовані стани між двома схемами корекції помилок. Кольорові коди — новіший підхід — добре підходять для культивування, тоді як поверхневі коди є усталенішим методом. Команда пересадила стани з кольорового коду з відстанню 3 у поверхневий код з відстанню 5, що, за словами Google, показало: очищені стани здатні пережити таку передачу на її обладнанні. Компанія також розповіла про місяці пошуку несправностей після того, як перші дані виглядали фізично неправдоподібними: Rosenfeld з’ясувала, що причиною був лабораторний шум від дрейфу електрообладнання та перепадів температури, який підривав звичайний еталонний тест команди; це спонукало посилити контроль і запровадити новий підхід до бенчмаркінгу, за якого культивування використовується для вимірювання самого себе.

Google визнала, що культивування ще потрібно продемонструвати в більшому масштабі, перш ніж воно стане реалістичним для практичних машин, і заявила, що залишається чимало технічних проблем. Показник збереження також означає, що більшість спроб в експерименті було відкинуто. Препринт статті раніше було розміщено на arXiv. Google подає цей результат як крок до своєї мети — створення корисного квантового комп’ютера з корекцією помилок.