Google Quantum AI ha dimostrato sperimentalmente sul processore quantistico Willow una nuova tecnica di correzione degli errori denominata Magic State Cultivation, destinata alla preparazione di stati quantistici specializzati necessari per l’esecuzione di calcoli complessi. I risultati, annunciati il 15 ottobre 2026 e pubblicati sulla rivista scientifica Science, mostrano una riduzione di circa quaranta volte del tasso di errore nella preparazione di questi stati rispetto alla configurazione sperimentale di riferimento. La ricerca affronta uno dei principali problemi ingegneristici dei computer quantistici corretti dagli errori: la necessità di produrre continuamente risorse quantistiche di elevata qualità per eseguire operazioni che non possono essere realizzate attraverso i soli meccanismi ordinari di correzione. Il risultato non significa che l’intero computer quantistico abbia ridotto di quaranta volte ogni tipologia di errore, ma riguarda una procedura specifica e particolarmente importante per rendere possibili algoritmi quantistici di maggiore complessità.
I processori quantistici utilizzano qubit il cui stato può essere alterato dal rumore, dalle imperfezioni dei componenti e dalle operazioni necessarie all’elaborazione. Per proteggere le informazioni vengono impiegati codici di correzione degli errori, nei quali più qubit fisici partecipano alla rappresentazione di informazioni logiche più affidabili. Questi meccanismi, pur essendo fondamentali, non sono sufficienti da soli a realizzare tutte le operazioni richieste da un sistema quantistico universale. Alcune trasformazioni devono utilizzare risorse particolari chiamate magic states, cioè stati quantistici preparati per consentire determinate operazioni logiche. Tali risorse vengono consumate quando sono utilizzate e devono quindi essere prodotte ripetutamente durante il funzionamento del computer. La loro preparazione richiede qubit, operazioni e verifiche aggiuntive, introducendo un sovraccarico che può diventare molto elevato nei sistemi di grandi dimensioni. Secondo le stime riportate da Google, determinate architetture di calcolo quantistico potrebbero destinare fino al 95% delle risorse operative alla produzione di magic states, lasciando soltanto una quota relativamente ridotta all’esecuzione del calcolo applicativo.
Una delle tecniche tradizionali per ottenere magic states di elevata qualità è la distillazione, che utilizza più stati iniziali imperfetti per produrre un numero inferiore di stati con probabilità di errore ridotta. La procedura consente di aumentare l’affidabilità delle risorse utilizzabili, ma richiede un consistente investimento in qubit e operazioni supplementari. Magic State Cultivation adotta un metodo differente, basato sul miglioramento progressivo di uno stato attraverso passaggi successivi di protezione e verifica. Quando il procedimento identifica una condizione incompatibile con il risultato desiderato, il tentativo viene scartato anziché continuare a utilizzare una risorsa potenzialmente compromessa. L’obiettivo è ottenere uno stato finale molto più accurato senza dover impiegare necessariamente la stessa quantità di risorse fisiche richiesta dalle procedure tradizionali. La tecnica era stata proposta teoricamente nel 2024, ma la ricerca di Google ne ha dimostrato per la prima volta il funzionamento effettivo su un processore quantistico.
Durante le prove effettuate con Willow, i ricercatori hanno osservato una riduzione del tasso di errore di circa un fattore quaranta rispetto alla procedura non assistita dalla nuova tecnica. Per una particolare categoria di magic states, i cosiddetti T-states, è stata raggiunta una fedeltà del 99,99%, valore che descrive la corrispondenza tra lo stato preparato e quello quantistico ideale desiderato. La produzione di T-states affidabili è particolarmente importante perché queste risorse consentono di eseguire operazioni logiche necessarie a costruire circuiti quantistici più espressivi. Il gruppo di ricerca è inoltre riuscito a trasferire gli stati ottenuti verso una diversa struttura di correzione degli errori, verificando la possibilità di collegare la fase di preparazione delle risorse con altri componenti di un’architettura quantistica. Questa seconda dimostrazione è importante perché uno stato quantistico ad alta fedeltà deve poter essere effettivamente utilizzato nel sistema di calcolo, senza che il procedimento di trasferimento ne annulli il vantaggio.
La tecnica presenta tuttavia limiti sperimentali rilevanti. Nella configurazione più rigorosa, soltanto circa l’8% dei tentativi ha superato i controlli richiesti per essere accettato, mentre la maggior parte delle preparazioni è stata scartata. Il tasso di successo evidenzia il compromesso tra la qualità dello stato finale e il numero di operazioni necessarie per ottenerlo. Sono stati inoltre osservati errori aggiuntivi nel trasferimento degli stati verso altre strutture di correzione, indicando che l’integrazione tra le diverse componenti richiede ulteriori miglioramenti. Google ha precisato che sarà necessario verificare Magic State Cultivation su scale maggiori e risolvere ulteriori problemi tecnici prima di poterla utilizzare in sistemi quantistici pratici di grandi dimensioni. Il risultato stabilisce comunque che un procedimento precedentemente proposto sul piano teorico può essere implementato su hardware quantistico reale, riducendo in misura significativa gli errori nella preparazione di una risorsa essenziale per le operazioni quantistiche complesse.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)