Google’ın Willow çipi kuantum hatalarını 40 kat azalttı

Google Quantum AI, araştırmacılarının 2024 yılında teorik olarak önerdiği "sihirli durum iyileştirme" (magic state cultivation) tekniğinin gerçek donanım üzerinde çalıştığını kanıtladı. 15 Ekim'de Science dergisinde yayınlanan bir makaleye göre, 105 kübitlik Willow işlemcisi üzerinde yapılan çalışmada, iyileştirilmemiş durumlara kıyasla hatalar yaklaşık 40 kat azaltıldı. Ekip, %99.99'luk rekor bir mantıksal doğrulukla T-durumları ürettiklerini belirtti. Google'ın duyurusunda, Alphabet'in kuantum birimi bu çalışmayı, alanın en büyük kaynak darboğazlarından birine yönelik "pratik bir çözümün ilk gösterimi" olarak nitelendirdi.blog.google

Sihirli durumlar, bir kuantum bilgisayarın klasik makinelerin yapamadığı işlemleri gerçekleştirmesini sağlayan operasyonlar için gereklidir. Bunların üretimi maliyetlidir. Bazı tahminler, bunların üretilmesinin bir kuantum bilgisayarın kapasitesinin %95'ine kadarını alabileceğini öne sürüyor. Her biri yalnızca bir kez kullanılabiliyor.newscientist.com

İyileştirme nasıl çalışır

Damıtma (distillation) adı verilen standart yöntem, birçok kusurlu durumu daha az sayıda ve daha doğru durumlarda birleştirir. İyileştirme ise tek bir durum üzerinde çalışır. Ekip, kaba bir sihirli durumu birkaç kübit içinde kodladı ve doğru durum olup olmadığını kontrol etti. Kontrolü geçen durumlar, daha güçlü koruma için daha fazla kübite yayıldı. Deneyde Willow'un 105 fiziksel kübitinden 54'ü kullanıldı. Scientific American'ın haberine göre, iyileştirme olmadan 1.000 denemeden yaklaşık dördü hatalı bir durum üretiyordu.scientificamerican.com

Araştırmacılar ayrıca durumları, iki hata düzeltme şeması olan distance-3 renk kodundan distance-5 yüzey koduna taşıdılar. Google, bunun saflaştırılmış durumların donanım üzerinde transfer sırasında hayatta kalabildiğini gösterdiğini belirtti. Testler sırasında baş araştırmacı Emma Rosenfeld, ekipman kayması ve sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan laboratuvar gürültüsünün standart bir kıyaslamayı saptırdığını fark etti. Bunu aşmak için ekip, iyileştirmeyi kendi kendini ölçmek için kullanan bir yöntem geliştirdi.blog.google

Övgüler ve uyarılar

California Üniversitesi, Davis'ten Isaac Kim, New Scientist'e verdiği demeçte, bu yaklaşımın "hata toleranslı kuantum hesaplamayı önemli ölçüde daha ucuz hale getirebileceğini" söyledi. ETH Zürih'ten Dominik Hangleiter ise bunu yüzlerce mantıksal kübite sahip makineler için potansiyel bir "oyun değiştirici" olarak nitelendirdi.newscientist.com

Yöntem yalnızca kalite kontrollerini geçen durumları tutuyor. Denemelerin sadece %8'i kullanılabilir sihirli durumlar üretti ve New Scientist'in haberine göre, Imperial College London'dan Zhenyu Cai, Willow'un faydalı problemleri çözebilmesi için hata oranlarının daha da düşmesi gerektiğini belirtti. Ekip şu anda 10.000 denemede bir hata seviyesinde. Scientific American'a göre, RSA-2048 şifrelemesini kırmak için yaklaşık 10 milyarda bir hata, molekülleri simüle etmek için ise milyonda bir ile 100 milyonda bir hata oranı gerekiyor.scientificamerican.com+1

Google, iyileştirmenin daha büyük ölçekte de gösterilmesi gerektiğini kabul etti. Rosenfeld, "Bu, kavramların çalıştığının ilk gösterimi" dedi. "Henüz işimiz bitmedi."blog.google+1