Il processore quantistico Willow di Google ha ridotto di 40 volte gli errori nella preparazione di stati quantistici speciali, raggiungendo una fedeltà logica dichiarata del 99,99%. Il risultato, pubblicato sulla rivista Science, riguarda la «coltivazione degli stati magici», una tecnica che potrebbe rendere meno dispendiosa una fase cruciale dei calcoli quantistici. Non dimostra, però, che sia stato superato il principale ostacolo alla costruzione di computer quantistici pratici.
Gli stati magici sono risorse necessarie per eseguire operazioni quantistiche complesse e realizzare computer con correzione degli errori. Prepararli con sufficiente precisione è difficile e richiede molte risorse: secondo alcune stime, fino al 95% della capacità di un computer quantistico potrebbe essere impiegato per produrli, lasciando meno spazio ai calcoli. Inoltre, ciascuno stato può essere usato una sola volta, perciò il sistema deve generarne continuamente di nuovi.
La tecnica di coltivazione è stata sviluppata nel 2024 dai ricercatori di Google Quantum AI Craig Gidney, Noah Shutty e Cody Jones, a partire da un precedente approccio teorico. Il metodo funziona come un filtro: si prepara uno stato quantistico iniziale, che può contenere errori, e lo si sottopone a misurazioni coordinate. I tentativi che non superano i controlli vengono scartati; quelli che li superano producono stati più accurati, che possono poi essere ampliati per operazioni più complesse.
Portare il metodo dalla teoria a un processore reale ha richiesto ulteriori interventi. Nei primi esperimenti, la ricercatrice di Google Emma Rosenfeld ha osservato risultati di misurazione inattesi. Dopo mesi di test e simulazioni, il gruppo ha attribuito il problema al rumore prodotto dalle variazioni delle apparecchiature elettriche e dai cambiamenti di temperatura in laboratorio. Queste interferenze riducevano la precisione delle misurazioni.
I ricercatori hanno quindi migliorato i controlli del processore e messo a punto una nuova tecnica di benchmarking, cioè una procedura per valutare le prestazioni, basata sul processo di coltivazione stesso. Con queste modifiche, Willow ha ridotto gli errori di 40 volte rispetto alla preparazione di stati quantistici senza coltivazione. L’esperimento ha inoltre prodotto stati T logici, un tipo particolare di stato magico, con una fedeltà dichiarata del 99,99%.
Il gruppo ha anche mostrato che gli stati purificati potevano essere trasferiti tra due diversi metodi di correzione degli errori. In particolare, li ha spostati da un codice colore di distanza 3 a un codice di superficie di distanza 5. Sono due modi di organizzare le informazioni quantistiche per individuare e correggere gli errori; la distanza indica il livello di protezione del codice contro determinate perturbazioni. Il trasferimento, chiamato «grafting», è stato dimostrato su hardware reale.
La possibilità di combinare tecniche diverse potrebbe aiutare i futuri computer quantistici a eseguire calcoli affidabili contenendo le risorse hardware necessarie. Tuttavia, il risultato non significa che sia stato eliminato il collo di bottiglia degli stati magici né che sia stato realizzato un computer quantistico pratico e tollerante ai guasti. Google ha riconosciuto che la coltivazione deve ancora essere dimostrata su una scala molto più ampia prima di poter sostenere applicazioni quantistiche utili.
