Google: la magic state cultivation riduce gli errori di circa 40 volte sul chip Willow
Secondo Google Quantum AI, la tecnica allevia un collo di bottiglia di risorse noto da tempo, ma deve ancora essere dimostrata su scala maggiore.
Illustrazione IAGoogle Quantum AI ha dichiarato il 15 ottobre di aver mostrato il funzionamento di una tecnica chiamata magic state cultivation sul suo processore Willow, con una riduzione degli errori di circa 40 volte rispetto all'esecuzione senza di essa. L'azienda ha detto che il lavoro è stato ora pubblicato.
Gli stati magici sono stati quantistici speciali che aiutano una macchina a eseguire l'insieme di operazioni necessarie per il calcolo quantistico universale, quello in grado di eseguire programmi utili oltre le possibilità dei computer classici. Dal 2004 i ricercatori considerano la loro produzione un collo di bottiglia difficile. Secondo Google, ottenere stati magici di alta qualità e con errori corretti richiede così tante risorse che, secondo alcune stime, fino al 95% della capacità di un computer quantistico potrebbe dover essere dedicato a essi. Inoltre, ogni stato magico può essere usato una sola volta.
Il metodo di cultivation è stato sviluppato nel 2024 dai ricercatori di Google Quantum AI, che hanno perfezionato un'idea della letteratura precedente. Dovrebbe agire come un filtro: uno stato rumoroso viene collocato in una piccola regione del chip e una sequenza di misurazioni coordinate verifica la presenza di errori e scarta i tentativi falliti. L'obiettivo è far crescere uno stato molto puro e con pochi errori che possa allo stesso tempo essere adattato a una codifica più grande. Google ha affermato che, se funzionasse sull'hardware, l'approccio potrebbe ridurre in modo sostanziale le dimensioni del computer quantistico necessarie per compiti pratici.
Su Willow, il protocollo ha ottenuto una riduzione degli errori di 40 volte rispetto agli stati non coltivati e ha prodotto T-state con una fedeltà logica che l'azienda ha definito record, pari al 99,99%. Google ha descritto il risultato come la prima dimostrazione di una soluzione pratica a uno dei colli di bottiglia di risorse più gravi del settore.
Per arrivarci è stata necessaria ulteriore ingegneria. Durante i primi test, il team ha scoperto che il rumore di laboratorio, dovuto alla deriva delle apparecchiature elettriche e alle variazioni di temperatura, comprometteva il suo benchmark abituale. Ha aggiunto un controllo supplementare per ridurre quel rumore e ha ideato un nuovo metodo di benchmarking che usa la cultivation per misurare se stessa.
I ricercatori hanno inoltre trasferito stati da un color code di distanza 3 a un surface code di distanza 5, due forme di correzione degli errori quantistici, dimostrando che gli stati purificati possono sopravvivere ed essere trasferiti all'interno dell'hardware.
Google ha dichiarato che la magic state cultivation deve ancora essere dimostrata su scala maggiore prima di diventare realistica per il calcolo quantistico pratico, e che restano molte sfide tecniche.