Googleov kvantni div Willow srušio najveću prepreku u povijesti računarstva: točnost od 99,99 posto mijenja pravila igre
U novom radu objavljenom u prestižnom znanstvenom časopisu Science, Google je obznanio prijelomni napredak na svom kvantnom procesoru Willow. Korištenjem inovativne tehnike nazvane kultivacija magičnih stanja, Googleov istraživački tim uspio je smanjiti stopu pogrešaka do četrdeset puta i postići nevjerojatnu logičku točnost od 99,99 posto pri uspostavljanju specifičnih kvantnih stanja. Ovo postignuće predstavlja ključni preduvjet za rješavanje jednog od najvećih uskih grla u praktičnom kvantnom računarstvu, a to je izgradnja kvantnih računala s robusnim mogućnostima automatskog ispravljanja pogrešaka.
Izvođenje složenih kvantnih izračuna zahtijeva stvaranje takozvanih magičnih stanja, međutim generiranje tih stanja uz dovoljno nisku stopu pogrešaka dosad je trošilo ogromne količine računalnih resursa. Procjene pokazuju da bi do devedeset pet posto ukupne računalne snage kvantnog računala moglo biti utrošeno isključivo na generiranje tih stanja, ostavljajući minimalan kapacitet za stvarne algoritme i izračune, uz dodatni problem što se svako stvoreno magično stanje može iskoristiti samo jednom, što kvantne sustave prisiljava na neprestano stvaranje novih stanja radi održavanja operativnog lanca.
Kako bi premostili ovu nepremostivu barijeru, Googleovi istraživači Craig Gidney, Noah Shutty i Cody Jones osmislili su tehniku koja funkcionira poput visoko specijaliziranog filtra. U prvoj fazi, koja obuhvaća uvođenje i verifikaciju, kvantna stanja s pogreškama uvode se u malo područje unutar mikroprocesora gdje se izvodi niz usklađenih mjerenja u svrhu identifikacije nepravilnosti. Slijedi eliminacija šuma u kojoj se neuspjeli eksperimenti odmah odbacuju, dok oni koji prođu korak provjere zadržavaju znatno čišća kvantna stanja. Na koncu se provodi širenje stanja, pri čemu se tako pročišćena stanja mogu proširiti na veće oblike i prilagoditi za složenije kvantne operacije.
Primjena ove teorijske metode na stvarnom hardveru zahtijevala je rješavanje nepredviđenih tehničkih prepreka, budući da su mjerenja koja je provodila istraživačica Emma Rosenfeld u početku bila nestabilna zbog mikro-smetnji u laboratoriju uzrokovanih pomicanjem električne opreme i fluktuacijama temperature. Nakon višemjesečnog predanog rada, tim je unaprijedio upravljačke sklopove procesora i razvio novu metodu mjerenja performansi koja koristi sam proces kultivacije za validaciju izlaza. Ova tehnička poboljšanja omogućila su procesoru Willow stvaranje logičkog T-stanja, koje predstavlja posebnu vrstu magičnog stanja, s impresivnom točnošću od 99,99 posto.
Uz značajno smanjenje stope pogrešaka, Googleov tim demonstrirao je i uspješan prijenos pročišćenih kvantnih stanja između dvije različite metode ispravljanja pogrešaka na stvarnom hardveru kroz postupak spajanja stanja iz koda boje s tri udaljenosti u kod površine s pet udaljenosti. Buduća kvantna računala morat će kombinirati različite tehnike zaštite podataka kako bi osigurala pouzdanost i ostala unutar strogih fizičkih ograničenja hardvera. Iako Google otvoreno priznaje da tehnika još mora biti testirana i demonstrirana na znatno većoj skali prije nego što omogući komercijalnu primjenu kvantnih računala, procesor Willow označava prijelomni korak u utrci prema stabilnom i otpornom kvantnom računarstvu, otvarajući vječnu tehnološku dilemu o tome fascinira li nas više hardverska borba s fizikalnim smetnjama ili neslućene praktične primjene koje nam donosi budućnost.
