Google 表示魔態培育在 Willow 晶片上將錯誤率降低約 40 倍
Google Quantum AI 表示,此技術緩解了長期存在的資源瓶頸,但仍須在更大規模上加以驗證。
AI 插圖谷歌量子AI於十月15日表示,其已在Willow處理器上展示了名為「魔態培育」(magic state cultivation)的技術,與不使用該技術相比,錯誤減少約40倍。該公司表示,這項研究成果現已發表。
魔態是一種特殊的量子態,可協助機器執行通用量子運算所需的一組操作,這類運算能執行古典電腦無法勝任的實用程式。自 2004 年以來,研究人員一直將其製備視為一大難題。據 Google 表示,製備高品質、經過錯誤更正的魔態需要耗費大量資源,有估算認為量子電腦多達 95% 的運算能力可能都得用於此。此外,每個魔態只能使用一次。
培育方法由 Google Quantum AI 的研究人員於 2024 年提出,他們改良了早期文獻中的一個構想。它的作用類似過濾器:將一個含雜訊的態置於晶片上的一小塊區域,透過一連串協同測量檢查錯誤並捨棄失敗的嘗試。其目標是培育出純度極高、錯誤率很低的態,並且能同時轉換為更大的編碼。Google 表示,若此方法能在硬體上奏效,可大幅縮減實際任務所需的量子電腦規模。
在 Willow 上,該協定相較於未經培育的態將錯誤率降低了 40 倍,並產生邏輯保真度達 99.99% 的 T 態,該公司稱此為創紀錄的數值。Google 表示,這項成果首度展示了解決該領域最嚴重資源瓶頸之一的實用方案。
要達成這一點還需要進一步的工程工作。在早期測試中,團隊發現電氣設備漂移與溫度變化造成的實驗室雜訊,破壞了其慣用的基準。團隊增加了額外的控制來降低雜訊,並設計出一種利用培育本身來進行自我測量的新基準方法。
研究人員還將態從距離為 3 的色碼轉移到距離為 5 的表面碼(兩種量子錯誤更正形式),顯示純化後的態能夠在硬體內保持並轉移。
Google 表示,魔態培育在可用於實際量子運算之前,仍須在更大規模上獲得驗證,而且仍存在許多技術挑戰。