A Google “varázslattal” csökkenti a kvantumszámítási hibákat

A Google kutatói új módszert mutattak be a kvantumszámítás hibáinak csökkentésére, amellyel a vállalat közelebb került a gyakorlati problémák megoldására képes gépek megépítéséhez. A vállalat Willow kvantumprocesszorán tesztelt, „mágikusállapot-tenyésztésnek” nevezett technika mintegy negyvenedére csökkentette az előkészítési hibákat, és 99,99 %-os logikai hűségű kvantumállapotokat hozott létre.

A „mágikus állapotok” kifejezés a kvantumszámítás bevett fogalma, nem utal semmi természetfelettire. Ezek az állapotok lehetővé teszik, hogy a kvantumszámítógépek elvégezzenek bizonyos, az univerzális kvantumszámításhoz szükséges műveleteket, köztük a T-kapukkal megvalósítottakat. Mivel a mágikus állapotok a számítások során elhasználódnak, és nem használhatók fel újra, megbízható, nagy mennyiségű előállításuk jelentős mérnöki kihívás.

A mágikus állapotok előállításának jelenlegi módszerei a mágikusállapot-desztillációnak nevezett eljárást alkalmazzák, amely több tökéletlen állapot kombinálásával kisebb számú, megbízhatóbb állapotot hoz létre. A Google szerint ez az eljárás a kvantumszámítógép erőforrásainak jelentős részét felemésztheti, így kevesebb kapacitás marad a tényleges számításokra.

A Google tenyésztési módszere más megközelítést alkalmaz. Ahelyett, hogy nagy csoportokban dolgozná fel a tökéletlen állapotokat, a rendszer egyedi állapotokat készít elő, és ismételten ellenőrzi őket olyan mérésekkel, amelyeket a hibák észlelésére terveztek anélkül, hogy megsemmisítenék a vizsgált állapotokat. Az ellenőrzéseken elbukó próbálkozásokat elvetik, így csak a legmegbízhatóbb eredmények maradnak meg.

A Google Willow processzorán a technika nagyjából negyvenedére csökkentette az előkészítési hibákat a tenyésztés nélkül előkészített állapotokhoz képest. Az így kapott állapotok 99,99 %-os logikai hűséget értek el, ami nagyon alacsony hibaarányt jelez. Ennek a pontosságnak azonban ára volt: a legszigorúbb kísérleti futtatások során a próbálkozások mintegy 92 %-át elvetették, így mindössze 8 % maradt felhasználható.

Az ilyen kis hibák mérése is kihívást jelentett. A csapat kidolgozott egy visszahatásos tomográfiának nevezett technikát, miután felfedezte, hogy a hőmérséklet-ingadozások és az elektromos berendezések zaja torzítják a kezdeti méréseiket. A kutatók ezután bemutatták, hogy a tenyésztett állapotok átvihetők egy nagyobb kvantumhibajavító kódba, bár az átvitel további hibákat okozott.

A kísérlet nem eredményez teljes, hibatűrő kvantumszámítógépet. Ehelyett egy konkrét mérnöki szűk keresztmetszetet kezel: a hasznos számításokhoz szükséges, kiváló minőségű állapotok előállítását anélkül, hogy túlzott mennyiségű hardveres erőforrást kellene az előkészítésükre fordítani.