Google uz Willow procesora pierāda „maģisko stāvokļu” audzēšanu kvantu datoriem

Google kvantu skaitļošanas komanda Google Quantum AI ceturtdien, 15. oktobrī, zinātniskajā žurnālā Science publicēja pētījumu, kurā pirmo reizi uz reālas aparatūras pārbaudīta metode, ko sauc par maģisko stāvokļu kultivēšanu. Uz uzņēmuma Willow procesora šī metode ļāva samazināt kļūdas aptuveni 40 reizes, salīdzinot ar stāvokļiem, kas nebija kultivēti.

Kāpēc tas ir svarīgi? Lielāko daļu kvantu datora operāciju, tā sauktos Klifforda vārtus, var atdarināt arī parasts dators. Lai kvantu dators spētu darīt ko vairāk, vajadzīga papildu operācija, visbiežāk T vārti, un tās izpildei nepieciešams īpaši sagatavots kubita stāvoklis, ko fiziķi dēvē par maģisko. Katru šādu stāvokli var izmantot tikai vienu reizi, un jebkura tā nepilnība pārvēršas kļūdā aprēķinā.

Līdz šim galvenais veids, kā iegūt precīzus maģiskos stāvokļus, bija destilācija: no daudziem nepilnīgiem stāvokļiem tiek iegūts mazāk, bet precīzāku. Pētījuma vadošā autore Emma Rozenfelda žurnālam Scientific American skaidroja, ka šādi līdz 95 % kvantu datora jaudas var aiziet tikai maģisko stāvokļu ražošanai. Kultivēšanu 2024. gadā kā alternatīvu ierosināja Google pētnieki Kreigs Gidnijs, Noass Šatijs un Kodijs Džonss.

Metodes būtība ir filtrs. Trokšņains stāvoklis tiek ievadīts nelielā čipa apgabalā, un sērija koordinētu mērījumu pārbauda, vai tas ir pareizais maģiskais stāvoklis, neizjaucot to. Neveiksmīgie mēģinājumi tiek atmesti, bet derīgie tiek izplesti pa vairāk kubitiem stiprākai aizsardzībai. Eksperimentā stāvoklis no kļūdu labošanas krāsu koda ar attālumu 3 tika pārnests uz plašāk izmantoto virsmas kodu ar attālumu 5.

Pēc Science publikācijas datiem, iegūtā stāvokļa precizitāte bija vismaz 99,99 %, taču saglabāti tika tikai 8 % mēģinājumu. Eksperimentā izmantoja 54 no Willow procesora 105 fiziskajiem kubitiem. Bez kultivēšanas aptuveni četri mēģinājumi no tūkstoša deva kļūdainu stāvokli, raksta Scientific American.

Djūka Universitātes Kvantu centra direktors Kenets Brauns, kurš pētījumā nepiedalījās, Scientific American norādīja, ka eksperiments apliecina metodes darbību praksē, taču tā balstās uz kvalitātes pārbaudi, kas atmet 92 % mēģinājumu. Pašreizējais līmenis, aptuveni viena kļūda uz 10 000 mēģinājumiem, vēl ir tālu no vajadzīgā: molekulu simulācijām būtu nepieciešama viena kļūda uz miljonu līdz simt miljoniem, bet RSA-2048 šifrēšanas uzlaušanai viena kļūda uz desmit miljardiem.

Google savā paziņojumā atzīst, ka kultivēšana vēl jāpierāda lielākā mērogā un daudzas tehniskas problēmas paliek neatrisinātas. Uzņēmums šo rezultātu sauc par soli ceļā uz kļūdas labojošu kvantu datoru, kas spētu risināt parastiem datoriem nepieejamus uzdevumus.