„Google“ demonstruoja proveržį „Magic State Cultivation“ technologijoje, sumažinančią kvantinį klaidų lygį 40 kartų

Vaizdas: Google · Šaltinis

„Google Quantum AI“ eksperimentiniu būdu pasiekė 40 kartų klaidų sumažinimą taikant „magic state cultivation“ metodą savo Willow procesoriuje, tai svarbus žingsnis sprendžiant pagrindinę kvantinės skaičiavimo išteklių problemą, apie tai pranešta žurnale Science.

Kvantinis skaičiavimas žada spręsti problemas, kurios yra už klasikinio kompiuterio galimybių ribų, tačiau tokių sistemų mastelio didinimas priklauso nuo efektyvaus klaidų taisymo procesų valdymo. Ilgalaikė problema buvo didelius išteklius reikalaujantis aukštos kokybės „magic states“ – ypatingos kvantinės būsenos, būtinos universalioms kvantinėms operacijoms atlikti – kūrimas. Tradiciškai tokių būsenų generavimas užima didžiąją dalį kvantinio kompiuterio pajėgumų – skaičiuojama, kad net iki 95 %, rimtai ribodamas skaičiavimo galią.

„Google Quantum AI“ dabar pristatė praktinį proveržį: „magic state cultivation“ technologiją, įgyvendintą Willow kvantiniame procesoriuje, kuri lyginant su ankstesniais metodais sumažina klaidų skaičių 40 kartų. Šį pasiekimą, paskelbtą žurnale Science 2026 m. spalio 15 d., galima vertinti kaip lemiamą žingsnį link mastelio didinamo ir praktiško kvantinio skaičiavimo.

„Magic state cultivation“ metodas, kurį „Google“ mokslininkai vystė nuo 2024 metų, veikia įpurškiant triukšmingas kvantines būsenas į nedidelę kvantinio lustelio dalį ir atliekant koordinuotus matavimus, kurie identifikuoja bei pašalina pažeistas būsenas. Šis „filtravimo“ arba auginimo procesas leidžia efektyviai sukurti išskirtinai švarias, mažo klaidų lygio magiškas būsenas, kurios gali būti užkoduotos naudojimui skaičiavimuose, reikšmingai sumažinant išteklių poreikį.

Šios koncepcijos įgyvendinimas fizinėje aparatinėje įrangoje reikalavo įveikti kelias technines kliūtis. Pavyzdžiui, ankstyvieji matavimai parodė netikėtų anomalijų dėl elektrinio triukšmo ir temperatūros svyravimų, trukdžiusių tiksliai įvertinti našumą. Komanda atsakė patobulindama sistemos valdymą triukšmui mažinti ir sukūrė naują savireferenčinį testavimo metodą, naudojant patį „cultivation“ procesą našumui patikrinti.

Tolimesnės inovacijos apėmė skirtingų kvantinių klaidų taisymo kodų jungimą per išgrynintų magic states perdavimą tarp „color codes“, optimizuotų auginimui, ir „surface codes“, dažnai naudojamų klaidų taisymui, taip parodydama suderinamumą ir patikimumą „Google“ architektūroje.

Gautoje magic state statistikoje pasiekta rekordinė loginė tikslumas – 99,99 %, nustatant naujus kvantinės metrologijos standartus. Nors šio protokolo pritaikymas didesnėms kvantinėms sistemoms išlieka ateities užduotimi, eksperimentinis patvirtinimas rodo, kad „magic state cultivation“ žymiai mažina vieną iš pagrindinių kvantinio skaičiavimo resursų „butelio kakliukų“.

„Google Quantum AI“ pabrėžia, kad šis laimėjimas priartina viziją sukurti naudingus, klaidoms atsparius kvantinius kompiuterius, leidžiančius atlikti užduotis, neįmanomas klasikinėmis priemonėmis. Tolimesni tyrimai ir inžineriniai tobulinimai dabar bus orientuoti į šių metodų mastelio didinimą ir integravimą į praktinius kvantinius procesorius.