Google Quantum AI hat auf seinem Willow-Prozessor eine Methode namens „Magic State-Kultivierung“ validiert.
In der Zeitschrift veröffentlicht WissenschaftDieser Fortschritt reduziert die Fehler bei der Erstellung dieser Berichte um den Faktor 40 und erreicht eine Genauigkeit von 99,99 %. Es beseitigt das Haupthindernis, das bis zu 95 % der Ressourcen eines Quantencomputers verbraucht, und macht dessen Konstruktion effizienter.
Dieser Durchbruch bringt die Schaffung eines Quanten-Supercomputers noch nicht in Ihr Wohnzimmer, aber er poliert eines der schwierigsten Teile dieses komplexen technologischen Puzzles.
Warum sind „magische Zustände“ im Quantencomputing so wichtig?
Damit ein Quantencomputer einen klassischen Computer übertreffen kann, muss er in der Lage sein, eine bestimmte Klasse von Operationen auszuführen, nämlich Nicht-Clifford-Gatter. (die Operationen, die wahre Quantenkraft freisetzen).
Um diese Vorgänge zuverlässig ausführen zu können, benötigt die Maschine jedoch eine besondere Zutat: magische Zustände.. Diese Zustände ähneln ein wenig Einwegkraftstoffbei jedem Vorgang verbraucht. Das Problem ist, dass ihre Herstellung ein Albtraum ist.
Bisher ähnelte die Standardmethode, Destillation genannt, einem massiven industriellen Prozess: Eine große Anzahl unvollkommener Zustände wurde verwendet, um einige qualitativ hochwertige zu extrahieren.
Einige Schätzungen ergaben, dass diese „Fabrik“ bis zu 95 % der Kapazität monopolisieren könnte der Maschine, so dass nur noch Krümel für die eigentliche Berechnung übrig bleiben. Es war das größte Hindernis in der Quantenwelt.
Was ist die von Google entwickelte „Kultur“-Methode?
Googles neuer Ansatz namens „Magic State Culture“ (magischer Staatsanbau), ändert die Strategie völlig. Anstelle einer Destillationsanlage funktioniert diese Technik als hochselektiver Filter.
Die Idee besteht darin, mit einem einzelnen „rohen“ magischen Zustand zu beginnen, der auf einem kleinen Stück Qubits (Quantenbits, die sowohl 0 als auch 1 sein können) codiert ist, und ihn dann einer Reihe sehr präziser Überprüfungen zu unterziehen.
Anstatt den Zustand zu messen, der ihn zerstören würde, stellt das System eine subtilere Frage: „Befinden Sie sich im richtigen magischen Zustand, ja oder nein?“ Wenn die Antwort „Nein“ lautet, wird der Test einfach weggeworfen. Wenn die Antwort „Ja“ lautet, wird der Zustand, der nun als hochrein bestätigt wurde, „kultiviert“: Er wird auf eine größere Anzahl von Qubits ausgedehnt, um ihn noch besser zu schützen. Es ist eine Art hochpräzises Gärtnern wo wir nur die schönsten Triebe aufbewahren, damit sie wachsen.
Was sind die konkreten Ergebnisse dieses Experiments mit dem Willow-Chip?
Die Zahlen sprechen für sich. Durch die Anwendung dieser Kultivierungsmethode auf seinen Willow-Chip konnte Google die Fehlerquote um den Faktor 40 reduzieren im Vergleich zu unkultivierten Staaten.
Das Protokoll ermöglichte die Generierung von T-Zuständen (eine übliche Art von magischem Zustand) mit einer Rekordlogiktreue von 99,99 %. Dies ist ein bedeutender Fortschritt für die Qualität dieses wichtigen Inhaltsstoffs und führt zu einer drastischen Reduzierung von Fehlern Herstellung.
Zu dieser drastischen Auswahl gibt es allerdings auch ein Gegenstück. Der Prozess ist so anspruchsvoll, dass nur 8 % der Versuche durchgeführt werden Alle Überprüfungsfilter bestehen.
Mit anderen Worten: Die Maschine muss mehr als neun von zehn Tests wegwerfen, um nur einen zu behalten, der als ausreichend rein gilt. Das ist der Preis, den man für nahezu perfekte Qualität zahlt, aber es zeigt, dass die Methode auf echter Hardware funktioniert, nicht nur in Simulationen.
Bedeutet dieser Fortschritt das Ende der Verschlüsselung, wie wir sie kennen?
Obwohl dieser Fortschritt von entscheidender Bedeutung ist, kommt das Ende der RSA-Verschlüsselung oder der Bitcoin-Wallets nicht morgen.
Googles Experiment erreichte eine Fehlerquote von etwa eins zu 10.000. Um jedoch einen RSA-2048-Verschlüsselungsschlüssel zu knacken, wären magische Zustände mit einer Fehlerrate von nahezu eins zu 10 Milliarden erforderlich. Der Abstand ist immer noch riesig, er beträgt das Millionenfache.
Diese Demonstration ist vor allem ein Proof of Concept grundlegend. Es beweist, dass ein viel ressourceneffizienterer Weg zum Bau fehlertoleranter Quantencomputer möglich ist.
Diese neue Technologie bringt mittelfristig realistischere Anwendungen näher, etwa die Simulation von Molekülen für das Design von Medikamenten oder neuen Materialien.
