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Googles Willow-Chip senkt Fehler bei „Magic States“ um das 40-Fache
Auf dem Willow Prozessor sank die Fehlerzahl bei der Vorbereitung magischer Zustände laut Google um etwa das 40 Fache; die akzeptierten T Zustände erreichten 99,99 Prozent logische Fidelität. Nur etwa acht Prozent der Versuche bestanden alle Prüfungen.
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Forschungsantwort
Wichtige Erkenntnisse
- Auf dem Willow Prozessor sank die Fehlerzahl bei der Vorbereitung magischer Zustände laut Google um etwa das 40 Fache; die akzeptierten T Zustände erreichten 99,99 Prozent logische Fidelität.
- Nur etwa acht Prozent der Versuche bestanden alle Prüfungen. Die hohe Fidelität gilt also für die behaltenen Zustände, nicht für jeden Versuch oder eine komplette Quantenberechnung.
- Das Experiment zeigt, dass die Methode auf echter Hardware funktioniert. Eine Senkung der Gesamtkosten für Quantencomputer oder Einsatzreife für anspruchsvolle Anwendungen belegt es noch nicht.
KI-Prompt
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Google Quantum AI hat auf seinem Willow-Prozessor „Magic State Cultivation“ demonstriert. Dabei sank die Zahl der Fehler bei der Vorbereitung magischer Zustände laut Google um etwa das 40-Fache gegenüber einer Vorbereitung ohne diese Methode. Die erzeugten T-Zustände erreichten eine logische Fidelität von 99,99 Prozent. 6
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Das ist ein wichtiger Nachweis auf echter Quantenhardware – aber noch kein Beleg dafür, dass sich große Quantencomputer damit insgesamt günstiger betreiben lassen. Denn nur rund acht Prozent der Versuche bestanden alle Prüfungen und lieferten einen akzeptierten Zustand. 9
Warum magische Zustände wichtig sind
Für viele grundlegende Rechenschritte nutzen Quantencomputer sogenannte Clifford-Operationen. Allein reichen sie jedoch nicht aus, um einen universellen Satz fehlertoleranter Operationen zu ermöglichen. Dafür braucht es zusätzliche Ressourcen: magische Zustände, mit denen sich unter anderem T-Gatter umsetzen lassen. Jeder dieser Zustände wird bei seiner Verwendung verbraucht – ein Quantencomputer muss also fortlaufend neue erzeugen. 16
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Das kann erhebliche Ressourcen binden. Google verweist auf Schätzungen, wonach die Erzeugung hochfidelitätsmagischer Zustände bis zu 95 Prozent der Kapazität eines Quantencomputers beanspruchen könnte. Das ist eine Schätzung für einen möglichen Engpass, keine Messung der Einsparung durch das Willow-Experiment. 4
Kultivieren statt viele Zustände destillieren
Google-Quantum-AI-Forschende entwickelten den Ansatz 2024 weiter. Bei der Kultivierung startet das Verfahren mit einem zunächst fehleranfälligen, codierten Zustand in einem kleinen Bereich des Chips. Anschließend wird er durch Prüfungen geschickt: Nur Versuche, die diese Kontrollen bestehen, werden behalten. Die akzeptierten Zustände können danach in eine größere Codierung überführt werden. 6
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Das unterscheidet sich von der klassischen Idee der Zustandsdestillation, bei der viele verrauschte Zustände in einer Art spezialisierter „Fabrik“ kombiniert werden. Kultivierung verbessert den Zustand direkt an Ort und Stelle. Weil nicht bestandene Versuche verworfen werden, gehört die sogenannte Postselektion zum Verfahren – und die Zahl der verworfenen Versuche ist wichtig, wenn man den tatsächlichen Ressourcenbedarf beurteilen will. 20
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Was Google auf Willow gemessen hat
Google berichtet von rund 40-mal weniger Fehlern bei der Vorbereitung magischer Zustände als ohne Kultivierung. Die logische Fidelität der kultivierten T-Zustände lag bei 99,99 Prozent. Dieser Wert bezieht sich auf Zustände, die die Prüfungen des Verfahrens bestanden haben. Er sagt nicht aus, dass eine vollständige Quantenberechnung mit 99,99-prozentiger Wahrscheinlichkeit gelingt. 6
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Laut den verfügbaren Berichten nutzte das Experiment 54 der insgesamt 105 physikalischen Qubits des Willow-Prozessors. Google beschrieb außerdem, wie die kultivierten Zustände in Standardcodierungen eingebunden wurden – ein Schritt hin zu ihrer Nutzung in einem größeren fehlertoleranten System. 9
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Entscheidend ist die Ausbeute: Nur etwa acht Prozent der Versuche wurden behalten. Die hohe Fidelität galt damit für die akzeptierten Zustände, während die meisten Anläufe keinen verwendbaren Ausgang lieferten. Eine 40-fache Verringerung der Fehler ist daher nicht gleichbedeutend mit einer 40-fachen Senkung der Gesamtkosten oder des Ressourcenverbrauchs. 9
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Ein Fortschritt, aber noch keine Lösung für den großen Maßstab
Das Experiment belegt, dass sich mit Kultivierung auf echter Hardware hochfidele magische Zustände erzeugen lassen. Die Methode könnte einen bekannten Engpass fehlertoleranter Quantencomputer entschärfen. Für sich genommen zeigt das Ergebnis aber nicht, dass solche Maschinen anspruchsvolle Anwendungen bereits wirtschaftlich oder im nötigen Maßstab ausführen können. 6
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Wie groß die Lücke noch ist, zeigt der Vergleich mit der im Zusammenhang mit der Studie genannten RSA-2048-Anforderung: Die Fehlerrate des Experiments – ungefähr ein fehlerhafter Zustand pro 10.000 – liegt rund eine Million Mal über der genannten Vorgabe von einem Fehler pro 10 Milliarden Zustände. 28 Hinzu kommt, dass die meisten Versuche verworfen wurden. Für eine praktische Bewertung muss deshalb auch zählen, wie viel Zeit und Hardware in akzeptierte wie abgelehnte Zustände fließen – nicht nur die Fidelität der erfolgreichen Ergebnisse.
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Das Willow-Experiment ist somit ein aussagekräftiger Hardware-Nachweis, aber noch keine fertige Antwort auf das Ressourcenproblem der Quanteninformatik. Weitere Demonstrationen in größerem Maßstab und Belege für niedrigere Gesamtkosten müssen zeigen, ob Kultivierung fehlertolerante Quantencomputer tatsächlich deutlich praktikabler machen kann.
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Die Leute fragen auch
Wie lautet die kurze Antwort auf „Googles Willow-Chip senkt Fehler bei „Magic States“ um das 40-Fache“?
Auf dem Willow Prozessor sank die Fehlerzahl bei der Vorbereitung magischer Zustände laut Google um etwa das 40 Fache; die akzeptierten T Zustände erreichten 99,99 Prozent logische Fidelität.
Was sind die wichtigsten Punkte, die zuerst validiert werden müssen?
Auf dem Willow Prozessor sank die Fehlerzahl bei der Vorbereitung magischer Zustände laut Google um etwa das 40 Fache; die akzeptierten T Zustände erreichten 99,99 Prozent logische Fidelität. Nur etwa acht Prozent der Versuche bestanden alle Prüfungen. Die hohe Fidelität gilt also für die behaltenen Zustände, nicht für jeden Versuch oder eine komplette Quantenberechnung.
Was soll ich als nächstes in der Praxis tun?
Das Experiment zeigt, dass die Methode auf echter Hardware funktioniert. Eine Senkung der Gesamtkosten für Quantencomputer oder Einsatzreife für anspruchsvolle Anwendungen belegt es noch nicht.
Quellen
blog.googleBringing the magic: Google breaks open a bottleneck in quantum computing
explainx.aiGoogle Willow Magic State Cultivation: 40x Fewer Errors ...
x.comx.com · GoogleQuantumAI · statusGoogle Quantum AI on X: "Published in Science today: Magic ...
chaincatcher.comGoogle 称在 Willow 芯片将魔法态错误降低约 40 倍