Kvantni procesor Willow pokazao kako se pogreške u magic stateovima mogu smanjiti 40 puta

Kvantna računala mogu izvoditi određene vrste izračuna na način koji klasična računala ne mogu jednostavno oponašati. No njihova najveća slabost i dalje su pogreške. Kvantna stanja osjetljiva su na šum, a bez pouzdane kontrole pogrešaka veći izračuni brzo gube smisao.

Istraživači iz Google Quantum AI-ja sada su na stvarnom supravodljivom procesoru Willow demonstrirali tehniku nazvanu cultivation magic stateova. Rezultati su objavljeni u časopisu Science i pokazuju približno 40-struko smanjenje pogreške u usporedbi s nekultiviranim stanjem.

Magic stateovi posebna su pomoćna kvantna stanja koja se koriste u naprednim postupcima kvantnog računanja. Njihova priprema je zahtjevna jer moraju biti dovoljno kvalitetna da ne unesu više pogrešaka nego što ih algoritam može ispraviti.

Nova metoda koristi dodatne kubite i provjere. Umjesto da svaki pokušaj automatski proslijedi dalje, sustav prepoznaje pokušaje koji ne zadovoljavaju zadane uvjete. Neuspjeli se odbacuju, a prihvaćeno stanje ostaje za daljnju obradu. Takav pristup smanjuje količinu šuma, ali ima cijenu: prihvaćen je samo manji dio početnih pokušaja.

U eksperimentu je zadržano približno osam posto početnih stanja, dok je izmjerena vjernost bila najmanje oko 99,99 posto. To je važno jer kvantna korekcija pogrešaka ne pokušava samo napraviti savršen kubit. Ona mora izgraditi sustav u kojemu se pogreške mogu prepoznati i postupno držati pod kontrolom.

Za mjerenje tako malih pogrešaka tim je razvio i postupak nazvan kickback tomography. Prema opisu istraživanja, on omogućuje procjenu kvalitete stanja uz manje mjerenja nego neki uobičajeni pristupi. Istraživači su pokazali i prijelaz između dvaju tipova zaštitnog kodiranja, što upućuje na kompatibilnost s većim kodovima.

Ipak, rezultat nije isto što i potpuno otporno kvantno računalo. Faktor 40 odnosi se na usporedbu unutar ovog eksperimenta, a metoda zadržava samo dio pokušaja. Potrebno je pokazati kako će se ponašati kada se broj kubita, operacija i kodova višestruko poveća.

Vrijednost rada je u tome što je tehnika demonstrirana na stvarnom hardveru, a ne samo u računalnoj simulaciji. Ako se može učinkovito skalirati, cultivation bi mogao pomoći u stvaranju pouzdanijih pomoćnih stanja i smanjiti jednu od važnih prepreka na putu prema praktičnim kvantnim računalima.