Το τσιπ Willow της Google μειώνει τα κβαντικά σφάλματα κατά 40 φορές

Η Google Quantum AI απέδειξε ότι η «καλλιέργεια μαγικών καταστάσεων» (magic state cultivation), μια τεχνική που οι ερευνητές της πρότειναν θεωρητικά το 2024, λειτουργεί σε πραγματικό υλικό. Στον επεξεργαστή Willow των 105 qubit, η μέθοδος μείωσε τα σφάλματα περίπου 40 φορές σε σύγκριση με τις μη καλλιεργημένες καταστάσεις, σύμφωνα με άρθρο που δημοσιεύθηκε στις 15 Οκτωβρίου στο περιοδικό Science. Η ομάδα ανέφερε ότι παρήγαγε T-states με πιστότητα λογικής 99,99%. Στην ανακοίνωσή της, η κβαντική μονάδα της Alphabet χαρακτήρισε το έργο ως «την πρώτη επίδειξη μιας πρακτικής λύσης» σε ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα πόρων του κλάδου.blog.google

Οι μαγικές καταστάσεις είναι απαραίτητες για τις λειτουργίες που επιτρέπουν σε έναν κβαντικό υπολογιστή να εκτελεί εργασίες που οι κλασικές μηχανές δεν μπορούν. Η δημιουργία τους είναι δαπανηρή. Ορισμένες εκτιμήσεις υποδηλώνουν ότι η παραγωγή τους μπορεί να απορροφά έως και το 95% της χωρητικότητας ενός κβαντικού υπολογιστή, ενώ κάθε κατάσταση μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο μία φορά.newscientist.com

Πώς λειτουργεί η καλλιέργεια

Η καθιερωμένη μέθοδος, που ονομάζεται απόσταξη, συνδυάζει πολλές ατελείς καταστάσεις σε λιγότερες και πιο ακριβείς. Η καλλιέργεια, αντίθετα, λειτουργεί πάνω σε μία μόνο κατάσταση. Η ομάδα κωδικοποίησε μια ακατέργαστη μαγική κατάσταση σε λίγα qubit και έλεγξε αν ήταν η σωστή. Οι καταστάσεις που περνούσαν τον έλεγχο διαμοιράζονταν σε περισσότερα qubit για ισχυρότερη προστασία. Το πείραμα χρησιμοποίησε 54 από τα 105 φυσικά qubit του Willow. Χωρίς την καλλιέργεια, περίπου τέσσερις στις 1.000 προσπάθειες παρήγαγαν μια ελαττωματική κατάσταση, ανέφερε το Scientific American.scientificamerican.com

Οι ερευνητές μετέφεραν επίσης καταστάσεις από έναν χρωματικό κώδικα απόστασης-3 σε έναν κώδικα επιφάνειας απόστασης-5, που αποτελούν δύο σχήματα διόρθωσης σφαλμάτων. Η Google δήλωσε ότι αυτό αποδεικνύει πως οι καθαρισμένες καταστάσεις μπορούν να επιβιώσουν από τη μεταφορά στο υλικό της. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, η επικεφαλής ερευνήτρια Emma Rosenfeld διαπίστωσε ότι ο θόρυβος του εργαστηρίου από τη μετατόπιση του εξοπλισμού και τις αλλαγές θερμοκρασίας αλλοίωνε ένα πρότυπο σημείο αναφοράς. Για να το παρακάμψει, η ομάδα δημιούργησε μια μέθοδο που χρησιμοποιεί την καλλιέργεια για να μετρά τον εαυτό της.blog.google

Έπαινοι και επιφυλάξεις

Ο Isaac Kim από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Ντέιβις, δήλωσε στο New Scientist ότι η προσέγγιση «μπορεί να καταστήσει τον ανθεκτικό σε σφάλματα κβαντικό υπολογισμό σημαντικά φθηνότερο». Ο Dominik Hangleiter από το ETH Zurich το χαρακτήρισε πιθανό «gamechanger» για μηχανές με εκατοντάδες λογικά qubit.newscientist.com

Η μέθοδος διατηρεί μόνο τις καταστάσεις που περνούν τους ποιοτικούς ελέγχους. Μόνο το 8% των δοκιμών παρήγαγε αξιοποιήσιμες μαγικές καταστάσεις, και ο Zhenyu Cai από το Imperial College του Λονδίνου σημείωσε ότι τα ποσοστά σφαλμάτων του Willow πρέπει να μειωθούν περαιτέρω πριν μπορέσει να αντιμετωπίσει χρήσιμα προβλήματα, ανέφερε το New Scientist. Η ομάδα βρίσκεται επί του παρόντος σε περίπου ένα σφάλμα ανά 10.000 προσπάθειες. Το σπάσιμο της κρυπτογράφησης RSA-2048 θα απαιτούσε περίπου μία αποτυχία ανά 10 δισεκατομμύρια, ενώ η προσομοίωση μορίων θα απαιτούσε μία ανά εκατομμύριο έως 100 εκατομμύρια, σύμφωνα με το Scientific American.scientificamerican.com+1

Η Google παραδέχθηκε ότι η καλλιέργεια πρέπει ακόμη να αποδειχθεί σε μεγαλύτερη κλίμακα. «Αυτή είναι η πρώτη επίδειξη ότι οι έννοιες λειτουργούν», δήλωσε η Rosenfeld. «Δεν έχουμε τελειώσει ακόμα».blog.google+1