Google Quantum AI demonstrează curățarea stărilor magice pe hardware real
Cercetătorii de la Google Quantum AI au reușit, în premieră pentru calculul cuantic, să demonstreze cultivarea stărilor magice pe Willow, un procesor superconductiv, reducând erorile într-o manieră semnificativă. Rezultatele au fost publicate în revista Science.
Qubiții, echivalentul cuantic al biților digitali, sunt fragili și predispuși la erori, ceea ce face construirea unor calculatoare cuantice fiabile extrem de dificilă. O soluție tradițională a fost distilarea stărilor magice, care elimină imperfecțiunile, dar este extrem de consumatoare de resurse. O abordare alternativă este cultivarea stărilor magice, care curăță o stare magică zgomotoasă direct în interiorul unui qubit protejat, însă această metodă nu fusese testată cu succes pe hardware real până acum.
Cum funcționează cultivarea stărilor magice
Echipa a codificat o stare magică zgomotoasă pe mai mulți qubiți fizici, răspândind informația cuantică pe o mică rețea de qubiți pentru a o proteja împotriva erorilor. Apoi, au folosit qubiți auxiliari pentru a scana informația și a identifica greșelile fără a distruge datele delicate.
Dacă verificările detectau imperfecțiuni, sistemul arunca acea încercare și o lua de la capăt. Dacă o încercare trecea toate testele, starea magică rafinată era păstrată pentru procesare ulterioară.
O reducere dramatică a erorilor
Rezultatele au fost remarcabile. „Cultivarea reduce eroarea cu un factor de 40”, au scris oamenii de știință. Aceasta a produs stări magice rafinate cu o fidelitate de cel puțin aproximativ 99,99%, o măsură a cât de aproape se află starea cuantică pregătită de starea dorită.
Pentru a verifica niveluri atât de mici de eroare a fost nevoie de o abordare nouă, astfel că cercetătorii au dezvoltat o metodă de verificare numită tomografie kickback, capabilă să detecteze erorile rămase folosind mult mai puține măsurători decât tehnicile tradiționale. Filtrul a fost strict: doar aproximativ 8% din încercările inițiale au trecut toate verificările folosite pentru a măsura fidelitatea stării.
Compatibilitate cu corecția erorilor cuantice
Echipa a transferat aceste stări magice cultivate într-un aranjament protector mai amplu, compatibil cu un cod de suprafață, un sistem conceput pentru a proteja informația cuantică de erori. Acest lucru sugerează că stările cuantice curățate pot fi transferate în coduri mai mari pentru stocare și utilizare viitoare.
„În ansamblu, rezultatele noastre de grefare arată o demonstrație de principiu a unei stări magice care scapă într-un cod avantajos”, au declarat cercetătorii.
Cercetarea abordează unul dintre principalele obstacole care frânează calculul cuantic: cantitatea masivă de echipament suplimentar necesară pentru a crea stările speciale necesare calculelor universale. Cultivarea ajută prin rafinarea stărilor zgomotoase direct în interiorul unui qubit protejat, reducând potențial resursele necesare producerii lor. Următorii pași vizează extinderea tehnologiei pentru calculatoare cuantice mai mari.
