9 декабря 2024 года Google Quantum AI опубликовала в журнале Nature результаты, подтверждающие, что сверхпроводящий процессор Willow достиг критической вехи в квантовой коррекции ошибок: впервые удалось запустить поверхностный код ниже порога ошибок.
Центральным достижением является 1 логический кубит, реализованный в виде памяти на поверхностном коде расстояния 7 на процессоре из 105 кубитов. Код использует 101 физический кубит (49 кубитов данных, 48 измерительных кубитов и 4 кубита для устранения утечек). При каждом увеличении расстояния кода логическая частота ошибок подавляется более чем в два раза.
Основные результаты эксперимента Willow:
- 1 логический кубит — поверхностный код расстояния 7 на 105 физических кубитах
- Λ = 2,14 ± 0,02 — логическая ошибка уменьшается вдвое при каждом увеличении расстояния кода на 2 (подтверждена работа ниже порога)
- Логическая ошибка за цикл: 0,143% ± 0,003% при расстоянии 7
- Логическое время жизни: 291 ± 6 мкс — в 2,4 раза больше, чем у лучшего физического кубита (119 мкс)
- Декодер реального времени при расстоянии 5: средняя задержка 63 мкс, стабильная работа в течение 106 циклов коррекции ошибок
- Повторяющиеся коды большого расстояния до расстояния 29 в течение 5,5 часов; обнаружен редкий коррелированный порог ошибок ~10−10 за цикл
Работа ниже порога означает, что добавление физических кубитов к логическому кубиту всегда снижает логическую ошибку — это необходимое условие для практических отказоустойчивых квантовых вычислений. До Willow ни один квантовый процессор не демонстрировал чётко это свойство в поверхностном коде.
Логический кубит расстояния 7 также превысил точку безубыточности: время когерентности превысило время жизни каждого из 101 составных физических кубитов, доказав, что коррекция ошибок уже приносит чистую пользу.