谷歌表示，它已经将量子计算最有前途的纸上技巧之一变成了可以在芯片上实际运行的东西。

在周四发表在《科学》杂志上的一篇论文中，该公司的量子人工智能团队表明，一种名为“魔法状态培养”的技术可以在其 Willow 处理器上将错误减少约 40 倍。

让量子计算机的建造成本远远超出物理实验室的范围，因为它提前了它们做有用工作的那一天，比如设计药物和新材料，也提前了破解保护银行登录和比特币钱包的加密的那一天。

量子计算机在量子位上运行——量子位可以同时容纳 0 和 1 的混合，让它们并行探索许多答案。它们也非常脆弱：一点点的热量或电噪声就可以翻转一个量子位并破坏计算，这就是为什么整个行业都痴迷于纠错（将一条信息分布在许多量子位上，这样错误就可以被发现并修复）。

纠错可以很好地处理简单的操作，但真正有用的程序还需要一类无法以相同方式保护的较困难的操作。为了运行它们，机器首先必须制造魔法状态，其工作原理就像一次性燃料电池一样：每个状态在使用时就会被消耗。

生产干净的魔法状态一直是极其昂贵的。据谷歌称，一些估计费用高达量子计算机全部容量的 95%，为实际计算留下的空间非常小。

物理学家谢尔盖·布拉维 (Sergei Bravyi) 和阿列克谢·基塔耶夫 (Alexei Kitaev) 在 2004 年通过魔态蒸馏提出了标准修复方案，该方法将许多嘈杂的魔态分解为一些干净的魔态。它确实有效，但它需要庞大的量子位“工厂”，而这些工厂不做任何其他事情。

2024年，谷歌研究人员提出了一条更便宜的路线，他们将其命名为魔态修炼。这项技术不是工厂，而是像过滤器一样，将粗略的魔法状态注入芯片的一小块区域，然后对其进行一系列检查，丢弃检测到缺陷的每一次尝试，并不断增加幸存者。他们的论文甚至建议进一步的蒸馏“在实践中可能永远不需要”。

“在 Google Quantum AI 的 Willow 处理器上，我们的协议相对于未培养状态，错误率显着减少了 40 倍。而且我们得到的 T 状态逻辑保真度达到创纪录的 99.99%，”谷歌表示。

只有大约 8% 的尝试通过了每项检查，这意味着芯片会在每 10 次尝试中丢弃超过 9 次以保持一个干净状态。

培养是吉德尼在 2025 年估计 RSA-2048 加密可以用不到 100 万个噪声量子位破解的技巧之一，这比他在 2019 年估计的 2000 万个下降了 20 倍。在此实验之前，培养仅在理论和计算机模拟中进行了测试。

今年 3 月份，谷歌不断加大力度，与以太坊基金会研究员 Justin Drake 和斯坦福大学密码学家 Dan Boneh 共同撰写的量子人工智能白皮书将破解比特币椭圆曲线密码学（阻止任何人从你的公共地址获取私钥的数学方法）的成本控制在不到 500,000 个物理量子位。在此之前，该公司去年 10 月进行了 Quantum Echoes 实验，这是首次在真实硬件上验证的量子加速。

没有人会用这个来掏空钱包。该实验最多使用了 Willow 的 105 个量子位中的 54 个，论文指出，分解 RSA-2048 密钥将需要错误率约为 100 亿分之一的魔法状态，大约比 Google 刚刚实现的结果干净一百万倍。

谷歌表示，下一步是进行更大规模的种植。该团队预计，将 Willow 的底层硬件噪声减半将使魔法状态错误降至十万分之二左右，因为过程中的错误会随着芯片噪声水平的立方而缩小。