- Google的Willow处理器错误率降低了40倍，逻辑保真度达99.99%。
- 魔法状态培养技术能生成高精度量子状态，对量子计算至关重要。
- 研究人员展示了量子状态可以在不同错误更正方法之间进行转移。
- Google承认仍需在更大规模上证明培养技术的有效性。
Google近日宣布，其Willow处理器在准备专门的量子状态时，显示出错误率降低了40倍，这一突破有助于解决实用量子计算中的主要瓶颈。这一技术被称为“魔法状态培养”，其逻辑保真度达到99.99%，能够生成进行复杂计算所需的高精度量子状态。这些状态对于建立强大的错误更正量子电脑至关重要。然而，生成这些魔法状态长期以来一直是一个主要挑战。这些状态对于进行复杂的量子计算是必不可少的，但以足够低的错误率生成它们需要巨大的计算资源。
有些估计显示，量子电脑的容量中可能有多达95%用于生成这些状态，实际计算的空间则相对有限。问题还在于，每个魔法状态只能使用一次，这意味着量子电脑必须持续生成新的状态以执行操作。Google最新的实验展示了一种能够减少这一资源负担的方法。
魔法状态培养技术
在2024年，Google量子人工智能研究人员Craig Gidney、Noah Shutty和Cody Jones开发了魔法状态培养技术，并改进了早期的理论方法。该方法类似于一种过滤器，研究人员将含有错误的量子状态引入处理器的小区域，并进行一系列精心协调的测量以识别问题。未能通过检查的尝试会被丢弃，而通过的检查则产生更为纯净的量子状态。这些状态随后可以扩展成适合更复杂量子操作的大型形式。
虽然该方法在理论上显示出前景，但在实际量子硬件上展示它需要几项工程改进。在早期实验中，Google研究员Emma Rosenfeld遇到了意外的测量结果。经过几个月的测试和模拟，团队追踪到问题源于由电气设备漂移和实验室温度变化引起的噪声，这种干扰影响了团队现有的测量方法的准确性。研究人员通过改善处理器的控制和开发一种新的基准测试技术来应对，该技术利用培养过程本身来评估结果。
这些改变帮助Willow处理器在错误率上实现了40倍的降低，与未经培养的量子状态相比，该实验还产生了逻辑T状态，报告的保真度为99.99%。
量子状态的转移
除了降低错误率外，Google的研究人员还展示了纯化的量子状态可以在两种不同的错误更正方法之间进行转移。团队将状态从距离3的颜色编码转移到距离5的表面编码。这是两种组织量子信息以检测和修正错误的方法，距离指示代码对某些错误的保护级别。这一过程被称为“嫁接”，显示出精心准备的状态能够在实际硬件上成功过渡到这两种方法之间。这一结果非常重要，因为未来的量子电脑可能需要结合不同的错误更正技术，以可靠地执行计算，同时限制硬件需求。
然而，该演示并不意味着Google已经消除了魔法状态瓶颈或建立了实用的容错量子电脑。该公司承认，培养技术仍需在更大规模上进行证明，才能支持有用的量子应用。该研究发表在《科学》期刊上。
Google如何解决量子计算瓶颈
Google在量子计算领域的最新突破显示，魔法状态培养技术能显著降低错误率，这对于量子电脑的实用性至关重要。量子计算的挑战之一是生成高精度的量子状态，而这种技术的成功实施可能会使量子电脑在解决复杂计算问题时更加高效。此外，能够在不同错误更正技术之间转移量子状态，为未来的量子电脑提供了更大的灵活性和可靠性。尽管如此，Google仍需进一步验证这项技术在更大规模上的应用，才能真正实现容错量子计算。