Аннотация:
Исследовательская группа Google Quantum AI впервые продемонстрировала «выращивание магического состояния» на сверхпроводящем квантовом процессоре Willow и сообщила, что частота ошибок культивированного квантового состояния была примерно в 40 раз ниже, чем у некультивируемого состояния, а точность логики достигла 99,99%. Исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что решение, которое раньше оставалось в основном теоретическим, теперь может быть запущено на реальном квантовом оборудовании.
Магическое состояние — это особое квантовое состояние, необходимое для реализации универсальных квантовых вычислений, и его можно использовать для выполнения неклиффордовских операций, называемых Т-гейтами. Существующие архитектуры исправления ошибок обычно потребляют большое количество кубитов и вычислительных ресурсов для подготовки высококачественных магических состояний; по некоторым оценкам, соответствующие препараты могут занимать до 95% возможностей квантового компьютера. Метод культивирования сначала вводит шумные квантовые состояния в небольшую область чипа, а затем проверяет наличие ошибок и отфильтровывает недостоверные результаты посредством серии скоординированных измерений для получения более чистых логических состояний.
Эксперименты в статье снизили вероятность логических ошибок примерно с 0,44% без выращивания примерно до 0,01–0,02%, что согласуется с утверждением «снижение примерно в 40 раз»; однако экспериментальные результаты, сохраненные после проверки, составили около 8%, что указывает на то, что это улучшение ошибок по-прежнему сопровождается низким уровнем успеха, и его нельзя просто понимать как означающее, что ресурсы, необходимые для всего квантового компьютера, были уменьшены в 40 раз. Команда также продемонстрировала преобразование и трансплантацию логического состояния цветового кода с расстоянием 3 в поверхностный код с расстоянием 5, проверив, что культивируемое состояние может передаваться между различными кодами исправления ошибок. Весь чип Уиллоу имеет 105 физических кубитов, но эти результаты являются демонстрацией конкретных экспериментальных схем, а не крупномасштабными практическими отказоустойчивыми программами, запускаемыми на чипе.
В ходе экспериментов исследователи также обнаружили, что колебания температуры устройства и дрейф электронного устройства могут мешать традиционным измерениям, поэтому они улучшили аппаратное управление и разработали новые методы эталонного тестирования. Google заявила, что ей все еще необходимо проверить развитие магического состояния в более широком масштабе и решить множество инженерных задач в процессе расширения. Результаты на данном этапе доказывают, что технический маршрут может быть реализован на реальном оборудовании, обеспечивая новый прогресс в снижении ресурсного порога отказоустойчивых квантовых вычислений, но до практических крупномасштабных квантовых компьютеров еще далеко.
Комментарии