خطاپذیر بودن رایانه‌های کوانتومی یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های فعلی این فناوری است. پژوهشگران گوگل کوانتوم ای‌آی اکنون راهی کارآمدتر برای انجام این کار نشان داده‌اند. کار آن‌ها حاکی از آن است که رایانه‌های کوانتومی کوچک‌تری که در چند سال آینده در دسترس قرار خواهند گرفت، ممکن است تأثیرگذارتر از آنچه انتظار می‌رفت باشند.
رایانه‌های کوانتومی می‌توانند عملیات ریاضی مشابه جمع یا ضرب را انجام دهند که رایانه‌های متعارف قادر به انجام آن نیستند. این ویژگی آن‌ها را برای حل برخی مسائل که قبلاً غیرقابل‌حل تلقی می‌شدند، مانند مسائلی که زیربنای رمزنگاری هستند، مناسب می‌سازد.
مهم‌ترین عملیات کوانتومی که رایانه‌ها اجرا می‌کنند، «گیت‌های غیرکلیفورد» هستند که مواد کلیدی برای الگوریتم‌هایی هستند که فراتر از محاسبات متعارف عمل می‌کنند.
اما مشکلی وجود دارد. رایانه‌های کوانتومی بسیار مستعد خطا هستند و اجزای سازنده آن‌ها، که کیوبیت نامیده می‌شوند، باید قبل از اجرای قابل اعتماد عملیات، در گروه‌های ویژه‌ای به نام «کیوبیت‌های منطقی» کدگذاری شوند. اجرای گیت‌های غیرکلیفورد به شیوه‌ای اصلاح‌شده از نظر خطا، نیازمند تعداد زیادی کیوبیت است که به معنای لزوم ساخت رایانه‌های کوانتومی بسیار بزرگ است؛ یک چالش مهندسی دشوار.
اکنون اما روزنفلد در گوگل کوانتوم ای‌آی و همکارانش با استفاده از رایانه کوانتومی ویلو شرکت خود نشان داده‌اند که فرآیند اصلاح خطا می‌تواند کارآمدتر شود. تکنیک جدید آن‌ها در نهایت خطاهای ویلو را ۴۰ برابر کاهش داد.
در مرکز پیشرفت آن‌ها ایده «حالت جادویی» قرار دارد؛ یک حالت کوانتومی خاص که کیوبیت‌ها باید قبل از اجرای عملیات غیرکلیفورد اصلاح‌شده از نظر خطا توسط رایانه کوانتومی، آن را بپذیرند. روزنفلد می‌گوید تاکنون ایجاد این حالت‌ها واقعاً یک گلوگاه برای رایانش کوانتومی بوده است. او اظهار داشت: «این کار مقدار زیادی کیوبیت و زمان مصرف می‌کند.»
در سال ۲۰۲۴، همکاران او در گوگل کوانتوم ای‌آی روش کارآمدتری برای ایجاد حالت‌های جادویی به نام «کشت حالت جادویی» پیشنهاد کردند. در اینجا، به جای ترکیب و دستکاری مکرر بسیاری از کیوبیت‌های ناقص برای تبدیل شدن به یک حالت جادویی که سپس برای اجرای یک عملیات اصلاح‌شده از نظر خطا استفاده می‌شود، حالت جادویی در یک پچ کوچک‌تر از کیوبیت‌ها «پرورش» داده می‌شود.
پژوهشگران گوگل نشان دادند که کشت حالت جادویی می‌تواند به طور نظری، امکان اجرای برنامه‌های حیاتی را با تنها یک‌دهم تعداد کیوبیت‌هایی که انتظار داشتند لازم باشد، فراهم کند. آزمایش جدید روزنفلد و همکارانش ثابت می‌کند که کشت حالت جادویی در عمل نیز کار می‌کند.
این اولین بار نیست که روش‌های جدید برای ساخت حالت‌های جادویی نرخ خطای یک رایانه کوانتومی را کاهش می‌دهند. پیشرفت‌هایی در ایجاد حالت‌های جادویی و اصلاح خطای گیت‌های غیرکلیفورد همچنین در آزمایش‌هایی با رایانه‌های کوانتومی دارای کیوبیت‌های مبتنی بر یون‌ها حاصل شده است. کیوبیت‌های ویلو که بر پایه مدارهای ابررسانای ریز هستند، نرخ خطاهایی مشابه آزمایش‌های گذشته به دست آوردند، اما روزنفلد می‌گوید آن‌ها سریع‌تر کار می‌کنند و به طور بالقوه زمان کلی اجرای رایانه کوانتومی را کاهش می‌دهند.
«این نمایش چشمگیری از یک ایده اخیر و امیدبخش است که گوگل پیشگام آن بوده است»، به گفته آیزاک کیم در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس. «این رویکردی است که می‌تواند رایانش کوانتومی تحمل‌پذیر در برابر خطا را به طور قابل توجهی ارزان‌تر کند.» کار جدید یکی از اجزای ضروری برای رایانش کوانتومی جهانی را نشان می‌دهد و می‌تواند از نظر ساخت رایانه‌های کوانتومی با اندازه متوسط و صدها کیوبیت منطقی یک «تحول‌آفرین» باشد، به گفته دومینیک هنگلایتر در مؤسسه فدرال فناوری زوریخ (ETH Zurich) در سوئیس.
جنیو کای در کالج امپریال لندن می‌گوید اگرچه این آزمایش یک گام مهم رو به جلو است، اما خطاهای ویلو باید پیش از آنکه بتواند مسائل واقعاً مفید را حل کند، بیشتر کاهش یابند. علاوه بر این، کیم می‌گوید در این آزمایش، ویلو فقط برای بخشی از اجراهای محاسباتی خود حالت‌های جادویی خوب تولید کرد: تنها ۸ درصد از محاسبات ویلو حالت‌های جادویی با کیفیت بالایی تولید کرد که سپس بتوان از آن‌ها استفاده بیشتری کرد.
روزنفلد می‌گوید این درصد باید با بهبود تکنیک و ارتقای سخت‌افزار ویلو توسط او و همکارانش افزایش یابد. او توضیح داد که در این مورد، این عدد تحت تأثیر یک تکنیک بنچمارکینگ بسیار دقیق است که تیم استفاده کرده و ممکن است در کاربردهای آینده به کار نرود. او افزود: «این اولین نمایش است که نشان می‌دهد مفاهیم کار می‌کنند. ما هنوز کار تمام نکرده‌ایم.»