גוגל מוכיחה בשיטה מעשית שצמיחת מצבי קסם עובדת על מעבד הקוונטים ווילו

גוגל קוונטום AI הדגימה לראשונה בשטח טכנולוגיה שפותרת את אחד הצווארים הבקבוק הקשים ביותר במחשוב קוונטי. השיטה, המכונה "צמיחת מצבי קסם" (magic state cultivation), הוכיחה הפחתה של פי 40 בשגיאות בהשוואה למצבים שלא עברו את התהליך, והגיעה לרמת דיוק לוגי של 99.99 אחוז למצבי T. המחקר פורסם היום בכתב העת Science.

צוואר הבקבוק של מצבי הקסם

כדי לבצע חישוב קוונטי אוניברסלי, כזה שמריץ תוכניות שימושיות, נדרש סט מסוים של פעולות קוונטיות הניתנות לתיקון שגיאות. הדרך המקובלת ליצור אותן היא באמצעות "מצבי קסם", מצבים קוונטיים מיוחדים המאפשרים פעולות החורגות ממחשוב קלאסי. הבעיה היא שיצירת מצבים אלה באיכות גבוהה דורשת משאבים עצומים. על פי הערכות המוזכרות במקור, עד 95 אחוז מכל הקיבולת של מחשב קוונטי עשויה להיות מוקדשת רק ליצירתם, ומשאירה מעט מאוד מקום לחישוב בפועל. אתגר נוסף הוא שמצב קסם שנעשה בו שימוש אינו ניתן לשימוש חוזר, מה שהופך אותו למשאב נדיר. במשך עשרים שנה מנסים חוקרים להוריד את העלות הזו.

איך עובדת הצמיחה

בשנת 2024 פיתחו חוקרי גוגל קרייג גידני (Craig Gidney), נואה שטי (Noah Shutty) וקודי ג'ונס (Cody Jones) גישה המבוססת על רעיון מהספרות המקצועית. הרעיון הוא לפעול כמסנן: מזריקים מצב רועש לאזור קטן במעבד הקוונטי, מריצים סדרה של מדידות מתואמות כדי לבדוק שגיאות ולסלק ניסיונות פגומים, ובכך "מגדלים" או "מטפחים" מצב קוונטי טהור במיוחד בעל שגיאות נמוכות, שניתן להמיר במקביל לקידוד גדול ושימושי יותר. על הנייר הגישה נראתה מבטיחה, אך כדי להריץ אותה על חומרה קוונטית אמיתית נדרשה שורה של חידושים טכניים והנדסיים.

המכשול במעבדה

אחת הדוגמאות למורכבות התעוררה כאשר מדענית המחקר של גוגל קוונטום AI, אמה רוזנפלד (Emma Rosenfeld), ראתה נתונים שנראו כמסתרים את חוקי הפיזיקה. לאחר חודשים של בלבול, סימולציות, דיונים עם עמיתים ובדיקות עקביות, התברר כי המקור הוא הנחה שגויה בטכניקת המדידה המקובלת של הצוות. רעש מסוג מסוים במעבדה, שנגרם מדריפת ציוד חשמלי ומשינויים בטמפרטורה, הפר לתקפות המבחן. הפתרון דרש שינוי בגישות התיאורטית וההנדסית גם יחד: הצוות הוסיף שליטה נוספת במערכת כדי לצמצם את השפעת הרעש, והמציא טכניקת מדידה חדשה המשתמשת בצמיחה ככלי למדידה עצמית.

התוצאה ומשמעותה

על מעבד ווילו של גוגל קוונטום AI השיגה השיטה הפחתה של פי 40 בשגיאות בהשוואה למצבים לא מטופחים, ורמת דיוק לוגי שיא של 99.99 אחוז למצבי T. גוגל מגדירה את העבודה כהדגמה ראשונה של פתרון מעשי לאחד מצווארי הבקבוק החמורים ביותר במחשוב קוונטי, וצעד מכריע בדרך להרחבת מחשוב קוונטי לשימוש מעשי. המקור אינו מציין לוח זמנים ליישום מסחרי או פרטי ביצועים נוספים מעבר לאלה שפורסמו.