Kuantum bilgisayarların güvenilir şekilde çalışabilmesi için kübitlerdeki hataların düzeltilmesinin yanı sıra, karmaşık hesaplamalarda kullanılan özel kuantum işlemlerinin de yüksek doğrulukla gerçekleştirilmesi gerekiyor. Bu noktada devreye giren ve magic state olarak adlandırılan özel kuantum durumları, hata düzeltme sistemleriyle korunan kübitler üzerinde kritik işlemlerin yapılmasını sağlıyor. Ancak bu durumları düşük hata oranlarıyla hazırlamak oldukça maliyetli olduğundan, mevcut yöntemler sistem kaynaklarının büyük bir kısmını tüketebiliyor.
Google bünyesindeki araştırmacılar; Craig Gidney, Noah Shutty ve Cody Jones, magic state cultivation adı verilen yeni bir yöntemle bu süreci daha verimli hale getirmeyi başardı. Geleneksel yöntemlerin aksine bu yaklaşım, çok sayıda kusurlu durumu işlemek yerine, başlangıçtan itibaren küçük bir kuantum sistemi üzerinde hassas ölçümler yaparak yüksek doğrulukta sonuçlar üretilmesini sağlıyor.
Araştırma ekibi, süreci Willow işlemcisi üzerinde test ederken laboratuvardaki elektrikli ekipmanlardan kaynaklanan gürültü ve sıcaklık değişimleri gibi teknik engellerle karşılaştı. Bu zorlukları aşmak için kontrol sistemlerinde iyileştirmeler yapan ekip, kickback tomography adı verilen yeni bir ölçüm tekniği geliştirdi. Bu teknik sayesinde kuantum durumlarının doğruluğu daha hassas bir şekilde değerlendirildi.
Yapılan çalışmalar neticesinde Google, Willow işlemcisinde magic state cultivation kullanarak kuantum durumlarındaki hata oranını yaklaşık 40 kat azaltmayı başardı. Deneyler sırasında karmaşık hesaplamalar için gerekli olan mantıksal T durumları, yüzde 99,99 doğrulukla hazırlandı. Ayrıca araştırmacılar, grafting tekniğini kullanarak kuantum durumlarını farklı hata düzeltme yöntemleri arasında aktarabileceğini de kanıtladı.
Elde edilen bu sonuçlar, magic state cultivation yaklaşımının yalnızca teorik bir model olmadığını ve gerçek kuantum donanımlarında uygulanabileceğini gösteriyor. Gelecekte bu yöntemin daha geniş ölçekli sistemlerde kullanılması için çalışmalar devam ediyor.
