Google ประกาศว่า ทีมงานปัญญาประดิษฐ์ควอนตัมของบริษัทประสบความสำเร็จในการแก้ไขปัญหาข้อจำกัดสำคัญในคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยได้พิสูจน์ความเป็นไปได้ของแผนการ "เพาะพันธุ์สถานะ" บนโปรเซสเซอร์ Willow ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับการไม่ใช้เทคโนโลยีนี้ ความผิดพลาดลดลงประมาณ 40 เท่า ผลงานที่สำคัญนี้ถูกเผยแพร่ในวารสาร "Science" ในวันนี้ เป็นก้าวสำคัญในการผลักดันให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเข้าสู่การใช้งานในระดับที่กว้างขึ้น
ทีมงานปัญญาประดิษฐ์ควอนตัมของ Google ประสบความสำเร็จในการพิสูจน์ความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีการเพาะพันธุ์สถานะ
ตั้งแต่ปี 2004 นักวิจัยได้คาดการณ์ถึงข้อจำกัดที่ท้าทายนี้ เพื่อให้สามารถทำคอมพิวเตอร์ควอนตัมทั่วไปและรันโปรแกรมที่มีคุณค่าได้ จะต้องสามารถดำเนินการชุดการดำเนินการควอนตัมเฉพาะได้ วิธีการคือการเตรียมสถานะที่เรียกว่า "สถานะเวทมนตร์" ซึ่งชื่อดังกล่าวมาจากความสามารถของสถานะควอนตัมนี้ในการสร้างการคำนวณที่เกินกว่าที่การคำนวณแบบคลาสสิกต้องการ แต่มีปัญหาอยู่ที่การเตรียมสถานะเวทมนตร์ที่มีคุณภาพสูงและผ่านการแก้ไขข้อผิดพลาดนั้นต้องใช้ทรัพยากรมาก โดยประมาณการบางส่วนแสดงให้เห็นว่า คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจต้องใช้พลังการคำนวณถึง 95% เพื่อสร้างสถานะเวทมนตร์ ทำให้ทรัพยากรที่เหลือสำหรับการคำนวณจริงมีน้อยมาก
นอกจากนี้ สถานะเวทมนตร์เมื่อใช้แล้วไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ จึงถือเป็นทรัพยากรที่มีจำกัด ดังนั้นนักวิจัยจึงพยายามลดค่าใช้จ่ายในการเตรียมสถานะเวทมนตร์อย่างต่อเนื่อง
ในปี 2024 นักวิจัยปัญญาประดิษฐ์ควอนตัมของ Google ได้แก่ Craig Gidney, Noah Shor และ Cody Jones ได้อิงแนวคิดจากเอกสารวิจัยและทำการปรับปรุงพัฒนาเทคโนโลยีการเพาะพันธุ์สถานะที่เรียกว่าในปัจจุบัน แผนการนี้มีแนวโน้มที่จะลดการใช้ทรัพยากรอย่างมาก โดยมีแนวคิดหลักคล้ายกับตัวกรอง โดยการฉีดสถานะควอนตัมที่มีเสียงรบกวนเข้าสู่พื้นที่เล็ก ๆ ของชิปควอนตัม จากนั้นดำเนินการวัดที่มีการประสานงานสูงเพื่อตรวจสอบข้อผิดพลาดและคัดกรองตัวอย่างที่ไม่ผ่านเกณฑ์ ทีมงานของ Craig ได้พิสูจน์ว่า ด้วยวิธีนี้สามารถ "เพาะพันธุ์" สถานะควอนตัมที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีความผิดพลาดต่ำได้ และสามารถแปลงเป็นรูปแบบการเข้ารหัสที่มีขนาดใหญ่และมีคุณค่าทางปฏิบัติได้ในเวลาเดียวกัน
หากสามารถนำไปใช้กับฮาร์ดแวร์ควอนตัมได้ จะสามารถลดขนาดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่จำเป็นสำหรับภารกิจที่ใช้งานได้อย่างมาก
ในการทดสอบโปรโตคอลการเพาะพันธุ์ครั้งแรก นักวิจัยปัญญาประดิษฐ์ควอนตัมของ Google อย่าง Emma Rosenfeld พบว่าข้อมูลที่เธอสังเกตดูเหมือนจะขัดแย้งกับกฎทางฟิสิกส์ หลังจากการตรวจสอบ การจำลอง การอภิปรายร่วมกับเพื่อนร่วมงาน และการตรวจสอบความสอดคล้องเป็นเวลาหลายเดือน เธอพบว่าปัญหามาจากสมมติฐานที่ผิดพลาดในวิธีการวัดที่ทีมใช้บ่อย กล่าวคือ เสียงรบกวนจากการลอยตัวของอุปกรณ์ไฟฟ้าในห้องปฏิบัติการและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้รบกวนความถูกต้องของผลการทดสอบพื้นฐาน ทีมงานจำเป็นต้องปรับกรอบทฤษฎีและแผนการวิศวกรรมให้สอดคล้องกัน เพิ่มการควบคุมเพิ่มเติมในระบบเพื่อลดผลกระทบจากเสียงรบกวนดังกล่าว และได้สร้างวิธีการทดสอบพื้นฐานใหม่ โดยใช้เทคโนโลยีการเพาะพันธุ์เป็นเครื่องมือในการวัดเพื่อลดปัญหาที่เกิดขึ้นจากต้นเหตุ
ด้วยผลงานนี้และนวัตกรรมทางอัลกอริธึมและแผนการวิศวกรรมเพิ่มเติม Google ได้ยกระดับเทคโนโลยีการวัดควอนตัมไปสู่ระดับสูงสุดใหม่ บนโปรเซสเซอร์ Willow ของ Google Quantum AI โปรโตคอลนี้สามารถบีบความผิดพลาดได้ถึง 40 เท่าเมื่อเปรียบเทียบกับสถานะควอนตัมที่ไม่ได้ผ่านการเพาะพันธุ์ โดยได้ T-state logic fidelity ที่สูงถึง 99.99% ซึ่งผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร "Science" เป็นครั้งแรกที่พิสูจน์วิธีการแก้ปัญหาข้อจำกัดด้านทรัพยากรที่รุนแรงที่สุดในคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้อย่างมีประสิทธิภาพบนฮาร์ดแวร์จริง
Google ยังได้ทำการตรวจสอบเบื้องต้นว่า ทฤษฎีที่เสนอโดย Craig และทีมสามารถปรับใช้กับสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมของบริษัทได้ ทีมงานได้ดำเนินการสลับระหว่าง "color code" (รหัสการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมประเภทใหม่ที่เหมาะสำหรับการเพาะพันธุ์สถานะ) และ "surface code" (แผนการแก้ไขข้อผิดพลาดที่มีความพัฒนาแล้วมากกว่า) โดยการเชื่อมต่อสถานะควอนตัมของ color code ที่มีระยะห่าง 3 เข้ากับ surface code ที่มีระยะห่าง 5 โปรโตคอลการเชื่อมต่อชุดนี้มีต้นกำเนิดจากเอกสารทฤษฎีในปี 2024 และการทดลองครั้งนี้ได้ยืนยันว่าสถานะควอนตัมที่ผ่านการบริสุทธิ์สามารถคงอยู่และส่งต่อได้อย่างมั่นคงในฮาร์ดแวร์