Google Quantum AI har i hårdvara visat en lösning på ett av kvantdatorns mest envisa resursproblem. I en artikel som publicerades den 15 oktober i tidskriften Science rapporterar teamet bakom Googles Willow-processor att "odling av magiska tillstånd" - en teknik som först föreslogs i teorin för två år sedan - fungerar i praktiken, minskar fel ungefär 40 gånger jämfört med okultiverade tillstånd och producerar T-tillstånd med en rekord logisk trohet på 99,99%.
Resultatet, som tillkännagavs på Googles officiella blogg av forskaren Emma Rosenfeld och kvantmjukvaruingenjören Craig Gidney, markerar den första experimentella demonstrationen av att magiska tillstånd kan produceras effektivt på riktig kvanthårdvara. Det löser en flaskhals som ingenjörer har tjatat om sedan forskare först identifierade den för mer än två decennier sedan. För mer information om genombrott i frontlinjen för datorer, se vår AI-forskningstäckning.
Varför magiska stater är viktiga
Universell kvantberäkning – den typ som kan köra genuint användbara program – kräver en specifik uppsättning kvantoperationer som går utöver vad felkorrigerade kvantbitar kan utföra. Standardlösningen är att förbereda speciella resurstillstånd, kända som magiska tillstånd, som möjliggör dessa operationer. Problemet är kostnaden: vissa uppskattningar tyder på att upp till 95 % av en kvantdators hela kapacitet kan behöva ägnas åt att tillverka dem, vilket ger lite utrymme för faktiska beräkningar. Magiska tillstånd är också förbrukningsbara - när de väl har använts kan de inte återanvändas - vilket gör dem till en knapp och dyr insats för alla storskaliga maskiner.
År 2024 utvecklade Google Quantum AI-forskare Craig Gidney, Noah Shutty och Cody Jones odlingsmetoden i en teoriuppsats. Idén fungerar som ett filter: ett bullrigt tillstånd injiceras i en liten del av kvantchippet, sedan kontrollerar en serie mycket koordinerade mätningar efter fel och kasserar felaktiga försök. Det som överlever processen är ett exceptionellt rent kvanttillstånd med lågt fel som samtidigt kan anpassas till en större, användbar kodning. Om det fungerade på hårdvara skulle det kraftigt krympa storleken på kvantdatorn som behövs för praktiska uppgifter.
Från teori till hårdvara
Att få protokollet att fungera på Willow krävde en rad tekniska innovationer. Ett avsnitt illustrerar svårigheten. När forskaren Emma Rosenfeld först testade odlingsprotokollet verkade hennes data trotsa fysikens lagar. Efter månader av simuleringar, diskussioner och konsistenskontroller spårade teamet anomalien till ett felaktigt antagande i deras go-to-mätteknik: elektrisk utrustningsdrift och temperaturvariationer i labbet störde riktmärkets giltighet.
Fixeringen krävde förändringar på både den teoretiska och tekniska sidan. Teamet lade till extra kontroll till systemet för att dämpa bruset och uppfann en ny benchmarkingteknik som använder själva odlingen som ett mätverktyg - en lösning som företaget säger etablerade en ny toppmodern kvantmetrologi. På Willow uppnådde det förfinade protokollet en ungefär 40-faldig minskning av fel i förhållande till okultiverade tillstånd, med T-tillstånd som nådde 99,99 % logisk trohet.
Kompatibilitet med Googles färdplan för felkorrigering
Teamet tog också de första stegen mot att visa att tekniken passar in i Googles bredare feltoleransarkitektur. Kvantfelskorrigering finns i olika varianter: "färgkoder", en nyare typ som är idealisk för odling, och "ytkoder", den mer etablerade metoden som ligger till grund för Googles långsiktiga färdplan. Forskarna demonstrerade ett ympningsprotokoll - ursprungligen utvecklat i 2024 teoripapper - som växlar mellan de två och överför renade tillstånd från en avstånd-3 färgkod till en avstånd-5 ytkod. Delstaterna överlevde överföringen, bevis på att odling kan samexistera med de felkorrigeringsscheman som Google planerar att skala.
Det som förblir olöst
Google är noga med varningarna. Magisk tillståndsodling har visats i liten skala; Att visa den i den skala som krävs för praktisk kvantberäkning förblir framtida arbete, och betydande tekniska utmaningar står mellan det nuvarande resultatet och en kommersiellt användbar maskin. Företaget ramar in resultatet som att förvandla "en nyckelteoretisk idé till en experimentellt demonstrerad verklighet" på vägen mot sitt uttalade mål om en användbar, felkorrigerad kvantdator.
Den praktiska betydelsen handlar om resursbudgetar. Om högkvalitativa magiska tillstånd kan odlas billigt istället för att tillverkas genom dominerande overhead, krymper hårdvarukraven för att köra algoritmer som Shors factoring-rutin eller komplexa kvantkemi-simuleringar i enlighet därmed. En 40-faldig felreduktion vid det magiska tillståndsstadiet förvärrar varje sådan operation som en maskin utför.
Den större bilden
Resultatet kommer mitt i den hårdnande konkurrensen inom kvanthårdvara, med IBM, Quantinuum och akademiska grupper som alla strävar efter felkorrigerade maskiner, och med den bredare tekniska industrins AI-utbyggnad som drar de flesta rubriker och kapital. Kvantframsteg är långsammare och mindre förutsägbara, men milstolpar som den här – en två decennium gammal teoretisk flaskhals rensad på produktionshårdvara, publicerad med reproducerbara trohetssiffror i en peer-reviewed journal – är den typ av sammansatta steg som tyst återställer tidslinjerna.
För AI-bevakare finns det också en tangentiell relevans: mycket av verktygen för algoritmer och kontrollsystem i moderna kvantlabb förlitar sig alltmer på maskininlärning för kalibrering och felavkodning, ett litet men växande exempel på AI som accelererar angränsande vetenskapliga områden.
---
Stay ahead of AIFå de senaste AI-nyheterna, analyserna och genombrotten – allt på ett ställe.
Läs mer AI-nyheter →
