A Google Quantum AI kutatói sikeresen demonstrálták a mágikus állapotok kultiválása néven ismert eljárást a 105 kubites Willow processzoron. Ez a technika a korábbi módszerekhez képest negyvenedére csökkentette a hibákat, és rekordot jelentő, 99,99 százalékos logikai pontosságú T-állapotokat eredményezett a tesztelés során.
A kvantumszámítás egyik fő szűk keresztmetszete a hibatűrés biztosítása, ami eddig a gépek kapacitásának akár 95 százalékát is lefoglalta. Az új eljárás a korábbi desztillációs módszerrel szemben egyetlen állapoton dolgozik, így jelentősen kevesebb erőforrást igényel a hibamentes működés eléréséhez.
A tesztek során a kutatók a Willow processzor 54 fizikai kubitjét használták fel a művelethez. A módszer jelenleg még fejlesztés alatt áll, mivel a futtatásoknak egyelőre 8 százaléka eredményez közvetlenül használható állapotot, így a hibaarány további csökkentésére van szükség a gyakorlati alkalmazásokhoz.
Az eredeti szöveg (Perplexity Discover)
A Google Quantum AI kimutatta, hogy a „mágikus állapotok kultiválása” (magic state cultivation) valódi hardveren is működik. A kutatói ezt a technikát 2024-ben még csak elméletben javasolták. A Science folyóiratban október 15-én megjelent tanulmány szerint a 105 kubites Willow processzoron nagyjából negyvenedére csökkentette a hibákat a nem kultivált állapotokhoz képest. A csapat közlése szerint rekordnak számító, 99,99%-os logikai pontosságú T-állapotokat állítottak elő. A Google bejelentésében az Alphabet kvantumrészlege úgy fogalmazott, hogy a munka „az első gyakorlati megoldás bemutatása” a terület egyik legsúlyosabb erőforrás-szűk keresztmetszetére.
A mágikus állapotokra azokhoz a műveletekhez van szükség, amelyekkel a kvantumszámítógép olyasmire képes, amire a klasszikus gépek nem. Előállításuk költséges. Egyes becslések szerint akár a kvantumszámítógép kapacitásának 95%-át is lefoglalhatja. Ráadásul mindegyik állapot csak egyszer használható fel.
A hagyományos módszer, a desztilláció, sok tökéletlen állapotot von össze kevesebb, de pontosabb állapottá. A kultiválás (cultivation) ezzel szemben egyetlen állapoton dolgozik. A csapat egy nyers mágikus állapotot kódolt néhány kubitbe, majd ellenőrizte, hogy valóban a megfelelő állapotról van-e szó. Az ellenőrzésen átjutott állapotokat több kubitre terítették szét, hogy erősebb védelmet kapjanak. A kísérlethez a Willow 105 fizikai kubitjéből 54-et használtak. Kultiválás nélkül ezer próbálkozásból nagyjából négy eredményezett hibás állapotot – számolt be a Scientific American.
A kutatók az állapotokat egy 3-as távolságú színkódból egy 5-ös távolságú felületi kódba is átvitték. Ez két különböző hibajavítási eljárás. A Google szerint ez azt mutatja, hogy a megtisztított állapotok az ő hardverükön is átvészelik az átvitelt. A tesztelés során a vezető kutató, Emma Rosenfeld azt találta, hogy a berendezések sodródásából és a hőmérséklet-ingadozásból eredő laboratóriumi zaj eltorzítja az egyik szokásos teljesítménymérőt. A csapat ezt úgy kerülte meg, hogy olyan módszert dolgozott ki, amely a kultiválás segítségével méri saját magát.
Isaac Kim, a Kaliforniai Egyetem davisi kampuszának kutatója a New Scientistnek azt mondta, hogy a módszer „lényegesen olcsóbbá teheti a hibatűrő kvantumszámítást”. Dominik Hangleiter, az ETH Zürich munkatársa szerint a technika igazi „játékmegváltoztató” lehet a több száz logikai kubittel dolgozó gépek esetében.
A módszer csak azokat az állapotokat tartja meg, amelyek megfelelnek a minőségi ellenőrzésen. A futtatásoknak mindössze 8%-a eredményezett használható magic state-et, az Imperial College London kutatója, Zhenyu Cai pedig úgy fogalmazott, hogy a Willow hibaarányának még tovább kell csökkennie, mielőtt hasznos problémák megoldására lehetne bevetni – számolt be a New Scientist. A csapat jelenleg nagyjából 10 000 kísérletenként egy hibánál tart. Az RSA-2048 titkosítás feltöréséhez nagyjából 10 milliárdból egy hibaarány kellene, a molekulák szimulálásához pedig egymillióból egytől százmillióból egyig terjedő hibaarány, írja a Scientific American.
A Google elismerte, hogy a cultivation módszert még nagyobb léptékben is be kell mutatni. „Ez az első bizonyíték arra, hogy a koncepciók működnek” – mondta Rosenfeld. „Még messze nem végeztünk.”
