Google je na kvantnom procesoru Willow pokazao kako pripremiti posebna kvantna stanja uz približno 40 puta manje pogrešaka nego bez novog postupka. Ta takozvana magična stanja potrebna su za neke od operacija bez kojih nema univerzalnog kvantnog računanja, a njihova priprema može zauzeti velik dio budućeg računala.
U pokusu su dobivena stanja vjernosti od najmanje 99,99 posto. No taj rezultat ima važnu cijenu: u najstrožoj provjeri zadržano je samo osam posto pokušaja. Visoka kvaliteta prihvaćenih stanja i učinkovitost njihove proizvodnje dvije su različite mjere, a obje su presudne za praktičnu uporabu.
Emma Rosenfeld, Craig Gidney i suradnici u časopisu Science opisali su eksperimentalnu provjeru postupka nazvanog magic state cultivation. Ideja koja je prethodno razrađena teorijski sada je ispitana na supravodljivom kvantnom procesoru.
Zašto računalu trebaju “magična” stanja
Kvantna informacija vrlo je osjetljiva na smetnje. Zbog toga više fizičkih kubita zajedno štiti informaciju zapisanu u jednom logičkom kubitu. Mjerenjima se traže tragovi pogrešaka kako bi se sačuvalo stanje potrebno za računanje.
Međutim, nije jednako jednostavno pouzdano izvesti sve potrebne operacije. Posebno pripremljena pomoćna stanja omogućuju izvođenje zahtjevnijih operacija uz očuvanje zaštite od pogrešaka. Izraz “magična” njihov je stručni naziv, a ne opis neobjašnjive fizike.
Takvo stanje nakon uporabe treba zamijeniti novim. Veliko računalo zato ne bi trebalo samo mnogo pouzdanih kubita nego i stalnu opskrbu dovoljno dobrim pomoćnim stanjima. Prema Googleovu objašnjenju, u nekim procjenama njihova priprema mogla bi trošiti i do 95 posto resursa računala.
Niz provjera tijekom pripreme stanja
Uobičajeni pristup, nazvan destilacija, koristi više nesavršenih stanja kako bi proizveo manji broj kvalitetnijih. Novi postupak kreće od stanja u malom dijelu procesora i nizom koordiniranih mjerenja prati njegovu pripremu. Ako provjere otkriju problem, pokušaj se odbacuje.
Time se želi postići usporediva kvaliteta uz manje potrebnog hardvera i vremena. U objavljenom pokusu postupak je smanjio pogrešku pripreme približno 40 puta. Taj se faktor odnosi na ispitana stanja, a ne na sve pogreške računala niti na brzinu izvođenja svakog programa.
Vjernost od 99,99 posto odnosi se na pripremljena pomoćna stanja. Pouzdanost cijelog programa ovisit će i o pogreškama koje nastaju tijekom ostalih operacija.
Prvo su morali provjeriti vlastito mjerenje
Tijekom razvoja pojavili su se podaci koji nisu bili u skladu s očekivanjima. Istraživači su problem povezali s pretpostavkom u metodi mjerenja: promjene u radu električne opreme i promjene temperature unosili su šum koji je narušavao pouzdanost provjere.
Tim je pojačao kontrolu sustava i razvio novu metodu procjene kvalitete stanja. To je bilo nužno kako bi mogao razlikovati stvarno mali broj pogrešaka od pogreške samog mjernog postupka.
Pokazan je i prijenos stanja između dviju vrsta kodova za zaštitu kvantne informacije, iz takozvanog koda boja (color code) u površinski kod. Time je ispitan dio veze između pripreme pomoćnog stanja i arhitekture u kojoj bi se ono poslije koristilo.
Testiranje stvarnih sposobnosti kvantnih računala traži odvojeno mjerenje svakog takvog koraka. Google sada treba pokazati da se priprema i prijenos mogu proširiti uz dovoljno kvalitetnih stanja i prihvatljiv broj odbačenih pokušaja. Tek bi takva cjelina mogla opskrbljivati dugotrajnije, korisne kvantne izračune.
