Kvantdatorernas dyraste flaskhals har krympt

Under torsdagen den 15 oktober publicerade forskargruppen Google Quantum AI en studie i tidskriften Science som visar ett efterlängtat framsteg inom kvantberäkning. På processorn Willow lyckades forskarna för första gången i praktisk hårdvara demonstrera metoden ”magic state cultivation” – en process som rensar bort defekter och nådde en tillförlitlighet på 99,99 procent för de skapade kvanttillstånden. Det innebär en 40-faldig minskning av fel jämfört med tidigare metoder utan denna rening.

Men hur fungerar egentligen ett magiskt tillstånd, och varför har det varit ett så stort hinder? För att en kvantdator ska kunna utföra avancerade beräkningar som överträffar vanliga superdatorer krävs en specifik logisk operation, en så kallad T-grind. Eftersom kvantbitar är extremt känsliga för minsta störning i omgivningen kan sådana grindar inte appliceras direkt utan att felkorrigeringen havererar. Lösningen är att i förväg tillverka förbrukbara resurstillstånd – magiska tillstånd – som fungerar ungefär som engångsbränsle för beräkningen. Problemet har varit att framställningen enligt teoretiska modeller har beräknats sluka upp till 95 procent av en framtida kvantdators hela kapacitet, vilket knappt lämnat någon plats kvar åt själva beräkningsarbetet.

Metoden bakom det nya resultatet fungerar i praktiken som ett hårt sållande filter direkt på chippet. Forskarna matar in ett brusigt utgångstillstånd i ett avgränsat område på det 105 kvantbitar stora Willow-chippet och genomför därefter en serie synkroniserade kontrollmätningar med hjälp av felkorrigeringskoder. Så fort en avvikelse upptäcks förkastas försöket omedelbart, vilket gjorde att endast åtta procent av försöken passerade nålsögat. De kvanttillstånd som blev kvar var i gengäld så rena att felmarginalen pressades ned till högst en på tiotusen, samtidigt som tillverkningen krävde betydligt färre fysiska resurser än traditionella metoder.