Riassunto:
Il team di ricerca sull'intelligenza artificiale di Google Quantum ha dimostrato per la prima volta la "coltivazione dello stato magico" sul processore quantistico superconduttore Willow e ha riferito che il tasso di errore dello stato quantico coltivato era circa 40 volte inferiore a quello dello stato non coltivato e la fedeltà logica ha raggiunto il 99,99%. La ricerca, pubblicata sulla rivista Science, mostra che la soluzione, che in precedenza era rimasta in gran parte teorica, ora può essere eseguita su hardware quantistico reale.
Lo stato magico è uno stato quantistico speciale necessario per implementare il calcolo quantistico universale e può essere utilizzato per eseguire operazioni non Clifford chiamate T-gate. Le architetture di correzione degli errori esistenti solitamente consumano un gran numero di qubit e risorse di calcolo per preparare stati magici di alta qualità; alcune stime suggeriscono che i relativi preparativi potrebbero occupare fino a circa il 95% delle capacità di un computer quantistico. Il metodo di coltivazione prima inietta stati quantistici rumorosi in una piccola area del chip, quindi controlla gli errori e filtra i risultati non qualificati attraverso una serie di misurazioni coordinate per ottenere stati logici più puri.
Gli esperimenti riportati nell'articolo hanno ridotto la probabilità di errori logici da circa lo 0,44% senza coltivazione a circa dallo 0,01% allo 0,02%, il che è coerente con l'affermazione "ridotto di circa 40 volte"; tuttavia, i risultati sperimentali conservati dopo lo screening rappresentavano circa l’8%, indicando che questo miglioramento dell’errore è ancora accompagnato da un basso tasso di successo e non può essere semplicemente interpretato nel senso che le risorse necessarie per l’intero computer quantistico sono state ridotte di 40 volte. Il team ha inoltre dimostrato la conversione e il trapianto dello stato logico del codice colore con una distanza di 3 in un codice di superficie con una distanza di 5, verificando che lo stato coltivato può essere trasferito tra diversi codici di correzione degli errori. L'intero chip di Willow ha 105 qubit fisici, ma questi risultati sono dimostrazioni di specifici circuiti sperimentali e non sono programmi pratici e su larga scala con tolleranza agli errori che sono stati eseguiti sul chip.
Negli esperimenti i ricercatori hanno inoltre scoperto che le fluttuazioni della temperatura e la deriva dei dispositivi elettronici possono interferire con i tradizionali benchmark di misurazione, pertanto hanno migliorato il controllo hardware e progettato nuovi metodi di test dei benchmark. Google ha dichiarato che deve ancora verificare la coltivazione dello stato magico su scala più ampia e risolvere molteplici sfide ingegneristiche durante il processo di espansione. I risultati in questa fase dimostrano che il percorso tecnico può essere implementato su hardware reale, fornendo nuovi progressi nell’abbassare la soglia delle risorse del calcolo quantistico tollerante ai guasti, ma c’è ancora una certa distanza dai computer quantistici pratici su larga scala.
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