谷歌称魔态培育在 Willow 芯片上将错误率降低约 40 倍
Google Quantum AI 表示,该技术缓解了一个长期存在的资源瓶颈,但仍需在更大规模上加以验证。
AI 插图谷歌量子AI于十月15日表示,其已在Willow处理器上展示了名为“魔态培育”(magic state cultivation)的技术,与不使用该技术相比,错误减少约40倍。该公司表示,这项研究成果现已发表。
魔态是一类特殊的量子态,可帮助机器完成通用量子计算所需的一组操作,这类计算能够运行经典计算机无法胜任的有用程序。自 2004 年以来,研究人员一直将其制备视为一大难题。据 Google 称,制备高质量、经过纠错的魔态需要消耗大量资源,有估算认为量子计算机多达 95% 的算力可能都要用于此。此外,每个魔态只能使用一次。
培育方法由 Google Quantum AI 的研究人员于 2024 年提出,他们改进了早期文献中的一个想法。它的作用类似过滤器:将一个含噪声的态置于芯片上的一小块区域,通过一系列协同测量检查错误并舍弃失败的尝试。其目标是培育出纯度极高、错误率很低的态,并且这种态能同时转换为更大的编码。Google 表示,如果该方法能在硬件上奏效,可大幅缩减实际任务所需的量子计算机规模。
在 Willow 上,该协议相比未经培育的态将错误率降低了 40 倍,并生成了逻辑保真度达 99.99% 的 T 态,该公司称这一数值创下纪录。Google 称,这一成果首次展示了解决该领域最严重资源瓶颈之一的实用方案。
实现这一目标还需要进一步的工程工作。在早期测试中,团队发现电气设备漂移和温度变化造成的实验室噪声破坏了其常用基准。团队增加了额外的控制来降低噪声,并设计了一种利用培育自身来进行自我测量的新基准方法。
研究人员还将态从距离为 3 的颜色码转移到距离为 5 的表面码(两种量子纠错形式),表明提纯后的态能够在硬件内保持并转移。
Google 表示,魔态培育在可用于实际量子计算之前,仍需在更大规模上得到验证,并且仍存在大量技术挑战。