Googles Willow-brikke reduserer kvantefeil 40 ganger i ny studie

Google Quantum AI har vist at "dyrking av magiske tilstander" (magic state cultivation), en teknikk forskerne deres teoretisk foreslo i 2024, fungerer på ekte maskinvare. På den 105-qubit store Willow-prosessoren reduserte den feil med omtrent 40 ganger sammenlignet med ikke-dyrkede tilstander, ifølge en artikkel publisert 15. oktober i Science. Teamet opplyste at de produserte T-tilstander med en logisk troskap på rekordhøye 99,99 %. I Googles kunngjøring kalte Alphabets kvanteenhet arbeidet for "den første demonstrasjonen av en praktisk løsning" på en av feltets største ressursflaskehalser.blog.google

Magiske tilstander er nødvendige for operasjonene som lar en kvantedatamaskin utføre oppgaver klassiske maskiner ikke kan. De er kostbare å lage. Noen estimater tyder på at produksjonen av dem kan kreve opptil 95 % av en kvantedatamaskins kapasitet. Hver tilstand kan bare brukes én gang.newscientist.com

Hvordan dyrking fungerer

Standardmetoden, kalt destillering, kombinerer mange ufullkomne tilstander til færre, mer nøyaktige tilstander. Dyrking fungerer derimot på en enkelt tilstand. Teamet kodet en grov magisk tilstand i noen få qubits og sjekket om det var den riktige tilstanden. Tilstander som besto testen, ble spredt over flere qubits for sterkere beskyttelse. Eksperimentet brukte 54 av Willows 105 fysiske qubits. Uten dyrking produserte omtrent fire av 1 000 forsøk en feilaktig tilstand, rapporterte Scientific American.scientificamerican.com

Forskerne flyttet også tilstander fra en avstand-3 fargekode til en avstand-5 overflatekode, som er to feilrettingssystemer. Google uttalte at dette viser at rensede tilstander kan overleve overføringen på deres maskinvare. Under testing fant sjefsforsker Emma Rosenfeld at laboratoriestøy fra utstyrsdrift og temperaturendringer forstyrret en standard referansemåling. For å omgå dette skapte teamet en metode som bruker dyrking til å måle seg selv.blog.google

Ros og forbehold

Isaac Kim ved University of California, Davis, fortalte New Scientist at tilnærmingen "kan gjøre feiltolerant kvantedatabehandling betydelig billigere." Dominik Hangleiter ved ETH Zürich kalte det en potensiell "gamechanger" for maskiner med hundrevis av logiske qubits.newscientist.com

Metoden beholder bare tilstandene som består kvalitetskontrollene. Bare 8 % av kjøringene produserte brukbare magiske tilstander, og Zhenyu Cai ved Imperial College London sa at Willows feilrater må falle ytterligere før den kan løse nyttige problemer, rapporterte New Scientist. Teamet ligger for øyeblikket på omtrent én feil per 10 000 forsøk. Å knekke RSA-2048-kryptering ville kreve omtrent én feil per 10 milliarder, og simulering av molekyler ville kreve én per million til én per 100 millioner, ifølge Scientific American.scientificamerican.com+1

Google erkjente at dyrking fortsatt må demonstreres i større skala. "Dette er den første demonstrasjonen av at konseptene fungerer," sa Rosenfeld. "Vi er ikke ferdige ennå."blog.google+1