Google在Willow芯片上演示“魔法态培育” 将相关逻辑错误率降低约40倍

Google Quantum AI研究团队在Willow超导量子处理器上首次实机演示“魔法态培育”（magic state cultivation），并报告称，经过培育的量子态错误率比未经培育的状态低约40倍，逻辑保真度达到99.99%。研究发表于《科学》杂志，显示这项此前主要停留在理论阶段的方案已能在真实量子硬件上运行。

魔法态是实现通用量子计算所需的一种特殊量子态，可用于执行称为T门的非克利福德运算。现有纠错架构通常要耗费大量量子比特和运算资源来制备高质量魔法态；部分估算认为，相关制备可能占用量子计算机最多约95%的能力。培育方法则先向芯片中的小区域注入带噪声的量子态，再通过一系列协调测量检查错误、筛除不合格结果，以获得更纯净的逻辑态。

论文中的实验将逻辑错误概率从未经培育时约0.44%降至约0.01%至0.02%，与“降低约40倍”的表述相符；但筛选后保留下来的实验结果约占8%，说明这一误差改善仍伴随较低的成功率，不能简单理解为整台量子计算机所需资源已减少40倍。团队还展示了把距离为3的颜色码逻辑态转换并移植到距离为5的表面码中，验证培育态能在不同纠错编码之间传递。Willow整颗芯片有105个物理量子比特，但这些结果属于特定实验电路的演示，并非已在芯片上运行大规模、实用的容错程序。

研究人员在实验中还发现，设备温度波动和电子设备漂移会干扰传统测量基准，因此改进了硬件控制并设计新的基准测试方法。Google表示，后续仍需在更大规模上验证魔法态培育，并解决扩展过程中的多项工程挑战。现阶段成果证明技术路线可在真实硬件上实现，为降低容错量子计算的资源门槛提供了新进展，但距离实用的大规模量子计算机仍有距离。

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