Google впервые применила магию для снижения ошибок квантовых вычислений

Компания Google первой открыла и применила способ культивации квантовых магических состояний. Этот метод на новом процессоре Willow показал значительное снижение ошибок.

Сразу поясним, что термин «магические» в контексте квантовых вычислений — это нормально. Его около четверти века назад ввели в оборот физики Сергей Бравии и Алексей Китаев.

Магические состояния позволяют подготовить квантовую схему для вычислений с помощью особого типа вентилей, которые трудно воссоздать иными способами. Специалисты Google назвали своё решение культивацией магических состояний. Суть заключается в том, что малейшее отклонение от заданных параметров, которое определяется постоянным неразрушающим контролем, ведёт к отбраковке элемента.

В процессе подготовки запуска алгоритма на процессоре Google Willow было отбраковано 92 % изначально подготовленных квантовых схем. В эксперименте участвовало только 8 % от первоначально заложенных магических состояний. Тем не менее, исследователи добились примерно 40-кратного уменьшения ошибок и логической точности магических состояний типа T на уровне 99,99 %.

Работа решает одну из важных инженерных проблем создания универсальных отказоустойчивых квантовых компьютеров. Современные способы коррекции квантовых ошибок могут забрать под себя подавляющую массу аппаратных ресурсов, оставив на алгоритмы совсем крохи. При этом магическое состояние расходуется в ходе вычисления и не может быть использовано повторно, поэтому компьютеру необходим постоянный запас таких состояний с высокой точностью.

Ранее для повышения качества магических состояний применяли дистилляцию: несколько менее точных состояний обрабатываются совместно, чтобы получить более надёжные состояния, хотя и в меньшем числе. Этот подход требует дополнительных кубитов и операций. Метод культивации предлагает другую схему: исходное состояние последовательно проверяют измерениями, выявляя признаки ошибок и отбрасывая неудачные попытки, вместо того чтобы изначально создавать большую партию состояний для последующей дистилляции.

Отдельной проблемой при проведении эксперимента стали измерения, точности которых не хватало для культивации магических состояний. Команде исследователей пришлось изобретать метод «обратной томографии», чтобы обеспечить неразрушающий контроль. Ошибки стали возникать позже на этапе передачи подготовленного состояния дальше для работы. Сам по себе эксперимент подтвердил, что культивированное магическое состояние можно переносить между схемами, хотя переход к более крупному коду добавляет собственные ошибки. С этим предстоит разбираться на следующем этапе исследований.

Подписывайтесь на наш Telegram-канал, чтобы быть в курсе всех новостей и событий Рунета.