Google, kuantum hesaplamadaki hataları azaltmak için “sihir” kullanıyor

Google araştırmacıları, kuantum hesaplamadaki hataları azaltmanın yeni bir yolunu göstererek şirketi pratik sorunları çözebilen makineler geliştirmeye bir adım daha yaklaştırdı. Şirketin Willow kuantum işlemcisinde test edilen ve “sihirli durum yetiştirme” adı verilen teknik, hazırlama hatalarını yaklaşık 40 kat azalttı ve 99,99 % mantıksal doğruluğa sahip kuantum durumları üretti.

“Sihirli durumlar” terimi, kuantum hesaplamada yerleşik bir kavramdır ve doğaüstü herhangi bir şeye atıfta bulunmaz. Bu durumlar, kuantum bilgisayarlarının T kapıları kullanılarak gerçekleştirilenler de dahil olmak üzere evrensel kuantum hesaplama için gereken belirli işlemleri yapmasını sağlar. Sihirli durumlar hesaplamalar sırasında tüketildiği ve yeniden kullanılamadığı için bunları büyük ölçekte güvenilir biçimde üretmek önemli bir mühendislik zorluğudur.

Sihirli durumları üretmek için kullanılan mevcut yöntemler, birden fazla kusurlu durumu birleştirerek daha az sayıda, daha güvenilir durum üreten ve sihirli durum damıtma adı verilen bir süreçten yararlanır. Google, bu sürecin bir kuantum bilgisayarının kaynaklarının önemli bir bölümünü tüketebildiğini ve asıl hesaplamalar için daha az kapasite bıraktığını söylüyor.

Google'ın yetiştirme yöntemi farklı bir yaklaşım benimsiyor. Sistem, kusurlu durumları büyük gruplar hâlinde işlemek yerine durumları tek tek hazırlıyor ve incelenen durumları bozmadan hataları tespit etmek üzere tasarlanmış ölçümlerle bunları tekrar tekrar kontrol ediyor. Kontrolleri geçemeyen denemeler eleniyor ve geriye yalnızca en güvenilir sonuçlar kalıyor.

Google'ın Willow işlemcisinde bu teknik, yetiştirme uygulanmadan hazırlanan durumlarla karşılaştırıldığında hazırlama hatalarını yaklaşık 40 kat azalttı. Elde edilen durumlar, çok düşük bir hata oranına işaret eden 99,99 % mantıksal doğruluğa ulaştı. Ancak bu doğruluğun bir bedeli vardı: en sıkı koşullardaki deneylerde denemelerin yaklaşık 92 %'si elendi ve kullanım için yalnızca 8 %'i kaldı.

Bu kadar küçük hataları ölçmek de bir zorluk oluşturdu. Ekip, sıcaklık dalgalanmalarının ve elektrikli ekipmanlardan kaynaklanan gürültünün ilk ölçümlerini çarpıttığını keşfettikten sonra geri tepme tomografisi adı verilen bir teknik geliştirdi. Araştırmacılar daha sonra, aktarım ek hatalara yol açsa da yetiştirilen durumların daha büyük bir kuantum hata düzeltme koduna aktarılabileceğini gösterdi.

Deney, tam anlamıyla hataya dayanıklı bir kuantum bilgisayarı ortaya koymuyor. Bunun yerine belirli bir mühendislik darboğazını ele alıyor: yararlı hesaplamalar için gereken yüksek kaliteli durumları, bunların hazırlanmasına aşırı miktarda donanım kaynağı ayırmadan üretmek.