EnglishGoogle demonstreert magic state cultivation op Willow: 40 keer minder fouten
Google Quantum AI testte op zijn Willow-chip een nieuwe manier om magic states te maken: speciale toestanden die een kwantumcomputer nodig heeft voor de lastigste bewerkingen. De fouten daarin werden zo'n 40 keer kleiner. Het resultaat staat in Science.
Onderzoekers van Google Quantum AI hebben voor het eerst op een echte kwantumchip laten zien dat magic state cultivation werkt. Met die techniek maak je speciale toestanden die een kwantumcomputer nodig heeft om alle soorten berekeningen te kunnen doen. Op Googles Willow-chip werden de fouten in die toestanden ongeveer 40 keer kleiner dan zonder de techniek. Het team publiceerde het resultaat half oktober in het vakblad Science. Een eerdere versie van het onderzoek stond sinds december 2025 online.
Afspelen laadt YouTube, dat cookies kan plaatsen. Meer uitleg
Waarom magic states zo lastig zijn
Een kwantumcomputer rekent met qubits. Die zijn erg gevoelig voor storingen van buitenaf. Om toch betrouwbaar te rekenen, verdeelt de computer elk stukje informatie over een groepje qubits dat samen fouten kan opsporen en herstellen. Met die bescherming lukken veel bewerkingen goed, maar niet allemaal. Voor een paar belangrijke bewerkingen is een extra hulpmiddel nodig: een magic state, een vooraf klaargemaakte toestand. Die gaat bij gebruik op, dus voor elke bewerking is een nieuwe nodig.
Zulke toestanden zuiver genoeg maken kost veel qubits. Volgens schattingen die Google aanhaalt, zou tot 95 procent van een kwantumcomputer bezig kunnen zijn met het maken ervan. Er blijft dan weinig over voor het echte rekenwerk. Onderzoekers zien dit knelpunt volgens Google al sinds 2004 aankomen.
Maken, controleren en opnieuw beginnen
De gangbare methode heet distillatie: je neemt veel onvolmaakte magic states en maakt daar een paar betere van. Dat vraagt veel qubits. Cultivation, in 2024 bedacht door Google-onderzoekers Craig Gidney, Noah Shutty en Cody Jones, werkt anders. De chip maakt één toestand en controleert die steeds opnieuw, met metingen die fouten opsporen zonder de toestand zelf kapot te maken. Faalt een controle, dan gooit de chip de poging weg en begint opnieuw. Bij de strengste controles bleef ongeveer 8 procent van de pogingen over.
Die overgebleven toestanden waren wel van uitzonderlijk hoge kwaliteit. De getrouwheid, een maat voor hoe dicht een toestand bij de bedoelde toestand ligt, kwam uit op ongeveer 99,99 procent. Google noemt dat een record.
Een raadsel in de metingen
Zulke kleine foutjes meten is lastig. Onderzoeker Emma Rosenfeld, de eerste auteur van het artikel in Science, kreeg in de eerste proeven uitkomsten die volgens Google de natuurwetten leken te tarten. Na maanden van simulaties en controles bleek dat een aanname in de gebruikelijke meetmethode niet klopte: kleine schommelingen in de elektronische apparatuur en in de temperatuur van het lab verstoorden de metingen. Het team bracht de apparatuur beter onder controle en bedacht een nieuwe meetmethode, kickback-tomografie. Die gebruikt de techniek zelf om de overgebleven fouten te meten en heeft daarvoor veel minder metingen nodig dan de gebruikelijke methode.
Daarnaast liet het team zien dat een gekweekte toestand kan worden overgezet naar een grotere beschermde groep qubits, van het soort waarmee Google ook zijn andere foutcorrectieproeven op Willow doet. Volgens de onderzoekers is dat een eerste demonstratie dat dit in principe werkt.
De volgende stap
Het gaat om een proef op een klein deel van één chip. Het is nog geen complete kwantumcomputer die zijn eigen fouten volledig de baas is. De volgende stap is de techniek op grotere schaal laten werken, in een machine die veel van deze toestanden achter elkaar maakt en meteen gebruikt.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Kwantumcomputers moeten straks problemen oplossen die voor gewone computers onhaalbaar zijn. Daarvoor zijn veel betrouwbare bewerkingen nodig, en dus heel veel magic states. Als die met veel minder qubits te maken zijn, kan een bruikbare kwantumcomputer een stuk kleiner en eenvoudiger worden. Dit onderzoek laat voor het eerst op echte hardware zien dat zo'n zuinigere aanpak werkt. Nu is het zaak om hem op te schalen, en daarmee komt de eerste echt bruikbare kwantumcomputer weer een stap dichterbij.
