«Магические состояния» необходимы для сложных квантовых вычислений, но их создание с достаточно низким уровнем ошибок требует огромных вычислительных ресурсов. По некоторым оценкам, на производство этих состояний может уходить до 95% мощности квантового компьютера, оставляя мало ресурсов на сами вычисления. Ситуацию усугубляет то, что каждое магическое состояние можно использовать лишь один раз, поэтому квантовым компьютерам приходится непрерывно производить новые состояния. В последнем эксперименте Google демонстрирует метод, способный снизить эту нагрузку, сообщает IE.

В 2024 году исследователи Google Quantum AI разработали метод культивации магических состояний, усовершенствовав более ранний теоретический подход. Он работает как фильтр: исследователи вводят квантовое состояние, содержащее ошибки, в небольшую область процессора и выполняют серию тщательно скоординированных измерений для выявления проблем. Попытки, не прошедшие проверки, отбрасываются, а прошедшие дают гораздо более чистые квантовые состояния. Затем эти состояния можно расширить в более крупную форму, пригодную для сложных квантовых операций.

Хотя в теории подход выглядел многообещающе, его демонстрация на реальном квантовом оборудовании потребовала нескольких инженерных улучшений. В итоге процессор Willow показал 40-кратное снижение ошибок по сравнению с квантовыми состояниями, созданными без процедуры культивирования. Эксперимент также дал логические T-состояния — особый тип магических состояний — точность воспроизведения которых составила 99,99%.

Помимо снижения количества ошибок, исследователи Google установили, что очищенные квантовые состояния можно переносить между двумя различными методами коррекции ошибок.

Они перенесли состояния из цветового кода с расстоянием 3 в поверхностный код с расстоянием 5. Это два способа организации квантовой информации для обнаружения и исправления ошибок, причем параметр «расстояние» указывает на уровень защиты кода от определенных типов ошибок. Этот процесс, получивший название «прививка» (grafting), показал, что тщательно подготовленные состояния способны сохраняться при переходе от одного метода к другому на реальном аппаратном обеспечении.

Несмотря на успех, говорить об устранении проблемы магических состояний еще рано. Метод культивации еще предстоит продемонстрировать в гораздо большем масштабе, прежде чем его можно будет применять на практике.

Международная группа ученых в прошлом году реализовала на квантовом процессоре Google упорядоченное топологическое состояние Флоке — неравновесное квантовое состояние вещества в системе, управляемой особой физической системой, правила поведения которой меняются со временем, но повторяются циклически. Теоретически она была предложена много лет назад, но до сих пор ни разу не наблюдалась в эксперименте.