Google Quantum AI продемонструвала на процесорі Willow метод, відомий як вирощування магічних станів. За даними компанії, він зменшив кількість помилок під час підготовки приблизно у 40 разів, а логічна вірність отриманих T-станів сягнула 99,99%. Водночас перевірки пройшли лише близько 8% спроб — важливе уточнення, якщо йдеться про практичну вартість методу.
6
9
Навіщо квантовим комп’ютерам магічні стани
Квантові комп’ютери використовують різні операції над кубітами. Операцій класу Кліффорда вистачає для багатьох базових завдань, але для універсальних відмовостійких обчислень потрібні також некліффордові операції, зокрема T-гейти. Магічні стани дають змогу виконувати такі операції. Кожен стан одноразовий: щойно його використали, для наступного кроку потрібен новий.
16
28
Тому їхнє виробництво може стати серйозним ресурсним навантаженням. За оцінкою, яку наводить Google, на підготовку магічних станів високої якості може припадати до 95% ресурсів квантового комп’ютера. Це оцінка потенційного вузького місця, а не вимірювання того, скільки ресурсів заощадив експеримент на Willow.
4
Чим вирощування відрізняється від дистиляції
У традиційному підході — дистиляції — багато шумних станів об’єднують, щоб отримати меншу кількість якісніших. Вирощування працює інакше: починають із грубого закодованого стану в невеликій ділянці чипа, проводять серію перевірок і відкидають спроби, що їх не пройшли. Стан, який витримав перевірки, можна поступово перенести до більшого кодування.
6
28
Такий відбір називають постселекцією: невдалі спроби не зараховують як придатний результат. Метод поліпшує якість стану «на місці», але кількість відкинутих спроб має значення для оцінки загальних витрат.
20
28
Що показав експеримент на Willow
Google повідомила про приблизно 40-кратне зменшення помилок під час підготовки магічних станів порівняно з варіантом без вирощування. Логічна вірність вирощених T-станів становила 99,99%. Цей показник стосується станів, які пройшли перевірки протоколу, а не ймовірності успіху цілого квантового обчислення.
6
9
За наявними повідомленнями, в експерименті використали 54 із 105 фізичних кубітів процесора Willow. Google також описала перенесення вирощених станів до стандартних кодувань — крок до їх використання в більшій системі відмовостійких обчислень.
9
16
Однак прийняли лише близько 8% спроб. Отже, висока вірність характеризує відібрані стани, тоді як більшість спроб не дали результату, що пройшов усі перевірки. Зменшення помилок у 40 разів — це не те саме, що зменшення загальної вартості обчислень або споживання ресурсів у 40 разів.
9
30
Важливий крок, але не готове рішення
Експеримент свідчить, що вирощування магічних станів може працювати на реальному квантовому обладнанні й допомогти подолати відоме вузьке місце відмовостійких обчислень. Проте він сам по собі не доводить, що квантовий комп’ютер уже може економно виконувати складні практичні завдання або робити це в потрібному масштабі.
6
30
Масштаб розриву добре видно на прикладі RSA-2048, наведеному в матеріалах про дослідження. Нинішній рівень — приблизно одна помилка на 10 000 станів — приблизно в мільйон разів вищий за вимогу в одну помилку на 10 мільярдів.
28 А з огляду на те, що більшість спроб відкинули, для оцінки практичної користі потрібно враховувати час і ресурси, витрачені і на прийняті, і на відхилені стани, а не лише їхню вірність.
9
30
Підсумок: це переконлива демонстрація методу на обладнанні, але ще не розв’язання ресурсної проблеми квантових обчислень. Щоб з’ясувати, чи зробить вирощування відмовостійкі системи суттєво практичнішими, потрібні експерименти більшого масштабу й докази зниження сукупних витрат.