Nagtamo ng malaking tagumpay ang quantum computing ng Google: 40 na beses bumaba ang error rate, nalampasan ang mahalagang hadlang sa mga kinakailangang resources

Ang Google Quantum AI team ay nakamit ang mahalagang pag-usbong sa larangan ng quantum computing, na posibleng magbawas nang malaki sa hardware na gastusin sa pagbuo ng praktikal na quantum system.

Ang kaugnay na pag-aaral ay inilathala noong Huwebes sa magasin na Agham. Ipinatotoo ng Google sa kanilang Willow processor ang isang teknolohiyang tinatawag na "magic state cultivation", na nagbaba ng quantum error rate ng halos 40 beses, at naabot ang 99.99% fidelity ng T-state logic. Ito ang pinakamataas na rekord sa larangang ito hanggang ngayon.

Matagal nang itinuturing ang paggawa ng magic states bilang pangunahing bottleneck sa pag-scale ng quantum computation—tinaya na hanggang 95% ng lakas ng quantum computer ay maaaring kailanganin para lamang sa paggawa ng magic state, na kaunti ang natitirang resources para aktwal na computation.

Kung magiging matagumpay ang breakthrough na ito sa mas malaking sukat, maaari nitong lubhang paliitin ang sukat ng hardware na kinakailangan para sa error-tolerant na quantum system, na may malaking kahulugan para sa komersyalisasyon ng quantum computing.

Ipinahayag din ng Google, na kinakailangan pa ng mas malawakang pag-verify ng teknolohiyang ito bago marating ang praktikal na quantum computing, kaya may kalayuan pa bago maging ganap na magamit.

Sa oras ng pag-publish, ang presyo ng stock ng Google ay tumaas ng 0.24% ngayong Huwebes.

Ang magic state ay susi sa pag-abot ng "universal" na quantum computing. Upang maisagawa ng quantum processor ang mga komplikadong kalkulasyon na lagpas sa kapasidad ng classic na computer, kailangan nitong umasa sa magic state upang makabuo ng kinakailangang set ng quantum operations. Gayunpaman, hindi na magagamit ulit ang magic state kapag ito ay nagamit, dahilan upang maging limitado ang resource na ito.

Mas malaking hamon ang gastos sa produksyon. Ilang pag-aaral ang nagpapakitang hanggang 95% ng kabuuang kakayahan ng quantum computer ay maaaring gamitin lamang para sa paggawa ng magic state, habang napakaliit ng natitira para sa mga tunay na computation task.

Nabigyang pansin na ang bottleneck na ito ng mga mananaliksik noon pang 2004. Sa loob ng dalawampung taon, patuloy na hinanap ng akademya ang paraan para pababain ang gastos ng paggawa ng magic state, ngunit mabagal ang pag-unlad.

Noong 2024, iminungkahi ng mga mananaliksik ng Google Quantum AI na sina Craig Gidney, Noah Shutty, at Cody Jones ang scheme ng magic state cultivation batay sa mga umiiral na literatura.

Ang pangunahing estratehiya nito ay gawing filtering mechanism ang proseso ng paggawa ng magic state: mag-iinject ng noisy quantum state sa isang maliit na bahagi ng chip, at kasunod ay isasailalim ito sa serye ng highly coordinated measurements upang matukoy at alisin ang mga may defect na subok, kaya "napalalago" ang high-purity, mababang error rate na quantum state, at sabay na naku-code ito sa mas malaking sukat na usable form.

Subalit, hindi naging madali ang paglipat mula theory papuntang hardware. Sa mga paunang tests, palaging nakakatanggap ng "tila labag sa physical law" na data si research scientist Emma Rosenfeld.

Matapos ang ilang buwang imbestigasyon, natuklasan ng team na ang ugat ng problema ay mula sa maling assumption sa measurement benchmarking technology—ang electrical drift at pagbabago ng temperatura sa laboratoryo ay nag-cacause ng noise na nakakaapekto sa bisa ng benchmark test.

Upang malutas ito, hindi lang dinagdagan ng kontrol ang sistema para pigilan ang epekto ng noise, kundi nakaimbento rin sila ng bagong benchmarking technique, gamit ang cultivation process mismo bilang self-calibrating na kasangkapan.

Sa Willow processor, napababa ng nabanggit na scheme ang error rate ng halos 40 beses kumpara sa non-cultivated quantum states, at umabot ng 99.99% ang fidelity ng T-state logic—bagong record sa larangang ito.

Nagawa rin ng Google team ang isa pang mahalagang demonstrasyon: naipatunayang maayos na naililipat ang cultivated magic state sa pagitan ng dalawang magkaibang quantum error correction schemes—konkretong mula sa distance-3 color code (mas bagong error correction method na angkop sa cultivation operation) papunta sa distance-5 surface code (mas mature na error correction method).

Pinatunayan ng "grafting" operation na ito, na ang purified quantum state ay kayang manatili sa hardware at mailipat nang maayos, na naging daan upang maisama ang magic state cultivation technology sa kasalukuyang quantum computing architecture ng Google.