2024년 12월 9일, Google Quantum AI는 Nature지에 Willow 초전도 프로세서가 양자 오류 정정의 핵심 이정표를 달성했다는 결과를 발표했다: 처음으로 오류 임계값 이하에서 서피스 코드를 구동하는 데 성공한 것이다.

핵심 성과는 105큐비트 프로세서에서 거리-7 서피스 코드 메모리로 구현된 논리 큐비트 1개다. 이 코드는 101개의 물리 큐비트(데이터 큐비트 49개, 측정 큐비트 48개, 누설 제거 큐비트 4개)를 사용하며, 코드 거리가 증가할 때마다 논리 오류율이 두 배 이상 감소한다.

Willow 실험의 주요 결과:

• 논리 큐비트 1개 — 105개 물리 큐비트에서 거리-7 서피스 코드로 구현
• Λ = 2.14 ± 0.02 — 코드 거리가 2 증가할 때마다 논리 오류 절반 이하로 감소 (임계값 이하 운전 확인)
• 사이클당 논리 오류율: 0.143% ± 0.003% (거리 7 기준)
• 논리 수명: 291 ± 6 μs — 최고 성능 물리 큐비트(119 μs)보다 2.4배 긴 수명
• 실시간 디코더 (거리 5): 평균 지연 63 μs, 10⁶회 오류 정정 사이클 동안 안정적 동작
• 거리 29까지의 고거리 반복 코드를 5.5시간 연속 실행, 사이클당 약 10⁻¹⁰의 희귀 상관 오류 플로어 발견

임계값 이하 운전은 논리 큐비트에 물리 큐비트를 추가할수록 항상 논리 오류가 줄어든다는 것을 의미하며, 이는 실용적인 내결함성 양자 컴퓨팅의 필수 조건이다. Willow 이전에는 어떤 양자 프로세서도 서피스 코드에서 이 특성을 명확히 시연하지 못했다.

거리-7 논리 큐비트는 또한 손익분기점(break-even)을 초과했다: 101개 물리 큐비트 중 어떤 것보다 긴 결맞음 수명을 달성하여, 오류 정정이 단순히 추가 노이즈를 따라잡는 것이 아니라 실질적인 이점을 제공하고 있음을 입증했다.