Google, Willow kuantum işlemcisinde denediği magic state cultivation yöntemiyle kuantum durumlarındaki hata oranını yöntemin uygulanmadığı duruma göre yaklaşık 40 kat düşürdü. Deneylerde karmaşık hesaplamalarda kullanılan mantıksal T durumları yüzde 99,99 doğrulukla hazırlandı.
Kuantum bilgisayarların yapı taşları olan kübitler çevresel etkilere duyarlı olduğu için hata yapabiliyor. Google araştırmacılarının geliştirdiği yöntem, hata düzeltmede gereken özel kuantum durumlarını daha verimli biçimde hazırlamayı hedefliyor.
Özel kuantum durumlarını daha verimli hazırlama
Karmaşık kuantum işlemleri, hata düzeltme sistemleriyle korunan özel durumlara ihtiyaç duyuyor. Geleneksel magic state distillation yaklaşımı, çok sayıda hatalı durumu işleyip daha az sayıda güvenilir sonuç elde ediyor. Bu işlem, gelecekteki kuantum bilgisayarların kaynaklarının yüzde 95’ini tüketebilecek ölçüde maliyetli olabiliyor.
Craig Gidney, Noah Shutty ve Cody Jones tarafından tasarlanan magic state cultivation ise olası kusurlar içeren bir kuantum durumunu küçük bir alanda hazırlıyor ve bir dizi hassas ölçümle denetliyor. Kontrollerden geçemeyen denemeler eleniyor; başarılı durumlar daha büyük bir yapıya genişletiliyor.
Bu yöntem, çok sayıda kusurlu durumu işleyerek az sayıda kaliteli sonuç elde etmek yerine yüksek doğrulukta durumları doğrudan üretmeyi amaçlıyor. Böylece ihtiyaç duyulan donanım ve hesaplama kaynaklarının azaltılması mümkün oluyor.
Willow işlemcisinde ölçüm ve hata düzeltme denemeleri
Emma Rosenfeld liderliğindeki ilk deneylerde laboratuvar elektrikli ekipmanlarının oluşturduğu gürültü ve sıcaklık değişimleri beklenmedik sapmalara neden oldu. Araştırma ekibi, işlemcinin kontrol sistemlerini iyileştirmenin yanı sıra yeni bir ölçüm tekniği geliştirdi.
Kickback tomography olarak adlandırılan teknik, gürültünün etkisini azaltarak kuantum durumlarının güvenilirliğini daha isabetli değerlendirmeye yardımcı oldu. Deneyler sonunda, magic state cultivation ile hazırlanan durumların hata oranı yöntemin kullanılmadığı duruma kıyasla yaklaşık 40 kat daha düşük ölçüldü.
Ekip ayrıca, grafting tekniğiyle kuantum durumlarını farklı hata düzeltme yöntemleri arasında aktarabildiğini gösterdi. Aktarım, mesafesi 3 olan bir renk kodundan mesafesi 5 olan bir yüzey koduna yapıldı. Bu sonuç, farklı hata düzeltme yaklaşımlarını birlikte kullanabilecek sistemlerin geliştirilmesine yönelik bir adım niteliğinde.
Öte yandan geçiş sırasında ortaya çıkan ek hatalar, yöntemin geliştirilmesi gerektiğini gösteriyor. Deney sonuçları, magic state cultivation yaklaşımının gerçek donanım üzerinde uygulanabildiğini ortaya koyuyor.
