Εδώ και δύο δεκαετίες, οι επιστήμονες που ασχολούνται με τους κβαντικούς υπολογιστές γνωρίζουν ότι έχουν μπροστά τους έναν τεράστιο σκόπελο. Για να μπορέσει ένα κβαντικό σύστημα να τρέξει πραγματικά χρήσιμα προγράμματα και να ξεπεράσει τους κλασικούς υπερυπολογιστές, χρειάζεται κάποιες ειδικές κβαντικές καταστάσεις που ονομάζονται «magic states» (μαγικές καταστάσεις).
Εδώ όμως υπήρχε ένα τεράστιο πρόβλημα, καθώς η δημιουργία τους είναι τόσο απαιτητική που υπολογίζεται ότι ένας κβαντικός υπολογιστής θα έπρεπε να σπαταλά έως και το 95% της συνολικής του ισχύος απλώς για να τις παράγει, αφήνοντας ελάχιστο χώρο για τους πραγματικούς υπολογισμούς. Και σαν να μην έφτανε αυτό, κάθε φορά που χρησιμοποιείται ένα magic state, καταστρέφεται και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά.
Με μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science, η ομάδα της Google Quantum AI ανακοίνωσε ότι βρήκε τη λύση, δοκιμάζοντας για πρώτη φορά στην πράξη μια τεχνική που ονομάζει Magic State Cultivation (καλλιέργεια μαγικών καταστάσεων) πάνω στον κβαντικό της επεξεργαστή, Willow.
Πώς λειτουργεί το «φίλτρο» στον επεξεργαστή Willow
Τα qubits είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στον εξωτερικό «θόρυβο», με αποτέλεσμα να κάνουν συνεχώς λάθη. Μέχρι σήμερα, η κλασική προσέγγιση για την παραγωγή καθαρών magic states (η λεγόμενη μέθοδος της απόσταξης ή distillation) απαιτούσε τεράστιο αριθμό από qubits για να διορθώσει τα σφάλματα εκ των υστέρων.
Το 2024, οι ερευνητές της Google είχαν προτείνει θεωρητικά μια άλλη οδό, την οποία τώρα κατάφεραν να εφαρμόσουν σε πραγματικό hardware. Αντί να καταναλώνουν αμέτρητους πόρους, η μέθοδος του Cultivation λειτουργεί σαν ένα αυστηρό «φίλτρο». Οι επιστήμονες διοχετεύουν μια «θορυβώδη» κβαντική κατάσταση σε μια πολύ μικρή περιοχή του τσιπ Willow και εκτελούν μια σειρά από συντονισμένες μετρήσεις. Αν εντοπιστεί έστω και το παραμικρό σφάλμα, η προσπάθεια απορρίπτεται αμέσως. Κρατώντας μόνο τις τέλειες προσπάθειες (περίπου το 8% του συνόλου), καταφέρνουν να «καλλιεργήσουν» εξαιρετικά καθαρά magic states, έτοιμα για χρήση.
Τα αποτελέσματα των δοκιμών στον Willow έδειξαν ότι η τεχνική μείωσε τα σφάλματα κατά 40 φορές σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους, πετυχαίνοντας αξιοπιστία που αγγίζει το 99,99%.
Με τη ματιά του Techmaniacs
Η επιτυχία του πειράματος της Google περνάει μια κρίσιμη τεχνολογία από τη θεωρία στην πράξη. Μέχρι πρότινος, ο όγκος του hardware που χρειαζόταν αποκλειστικά για τη διόρθωση σφαλμάτων και την παραγωγή των magic states έκανε την κατασκευή ενός εμπορικά βιώσιμου κβαντικού υπολογιστή να μοιάζει με μακρινό όνειρο.
Αποδεικνύοντας ότι το Magic State Cultivation δουλεύει πάνω σε υπάρχοντα επεξεργαστή (έστω και σε πειραματική κλίμακα), η εταιρεία μειώνει δραματικά τις απαιτήσεις σε φυσικά qubits. Προφανώς έχουμε ακόμα αρκετά χρόνια μπροστά μας μέχρι να δούμε κβαντικά συστήματα να λύνουν προβλήματα χημείας ή υλικών σε μεγάλη κλίμακα, όμως η Google δείχνει ότι βρήκε τον τρόπο να ξεπεράσει ένα από τα δυσκολότερα τεχνικά εμπόδια του κλάδου.
