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title: "Google 在 Willow 處理器實現 magic state cultivation 錯誤率降約四十倍"
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author: Ethan
published: 2026-10-19T17:22:00+08:00
modified: 2026-10-19T17:22:00+08:00
description: "Google Quantum AI 於十月十五日公布，已把二○二四年提出的「magic state cultivation」方案真正運行於自家 Willow 量子處理器，結果相對未經培育的狀態，錯誤率降低約四十倍，T-state 的邏輯保真度達到百分之九十九點九九。相關論文同日刊於《Science》。[1] 二十年來的…"
categories: [AI]
tags: [google, Willow, "量子糾錯", "量子運算"]
source: https://sammy.hk
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Google Quantum AI 於十月十五日公布，已把二○二四年提出的「magic state cultivation」方案真正運行於自家 Willow 量子處理器，結果相對未經培育的狀態，錯誤率降低約四十倍，T-state 的邏輯保真度達到百分之九十九點九九。相關論文同日刊於《Science》。\[1\]

## 二十年來的資源瓶頸

要實現通用量子運算，必須能夠執行並糾錯一組特定的量子操作，而這些操作需要先製作品質極高的「magic state」。問題在於製作成本極重：Google 引述部分估算指出，量子電腦多達九成半的整體運算能力，可能都要用於生產 magic state，剩下可用於實際運算的空間相當有限。加上 magic state 用過即棄、無法重複使用，令它成為稀缺資源。過去二十年，研究界一直努力壓低這項「魔法成本」。

## 把培育方案搬上硬件

Google Quantum AI 研究人員 Craig Gidney、Noah Shutty 與 Cody Jones 在二○二四年把文獻中的構思改良，發展成 magic state cultivation。其原理近似過濾：把一個帶噪聲的量子態注入晶片上的細小區域，再執行一連串高度協調的量測，檢查誤差並剔除失敗的嘗試，最終「培育」出純度極高、誤差極低的量子態，同時把它轉換成更大的可用編碼。

由紙上方案走到硬件，過程並不順利。研究科學家 Emma Rosenfeld 最初測試時，見到疑似違反物理定律的數據，經過數月模擬、討論與一致性檢查，才發現問題源於團隊慣用量測方法的一個錯誤假設：實驗室內由電子設備漂移與溫度變化引起的特定噪聲，令基準測試本身失效。團隊最終在系統加入額外控制以降低噪聲影響，並發明新的基準測試方法，以培育過程本身作為量測工具。

## 顏色碼與表面碼之間的轉接

除誤差數字外，Google 亦首次示範其架構與相關理論相容。團隊成功在「顏色碼」與「表面碼」兩種量子糾錯方式之間切換，把距離三的顏色碼狀態轉接至距離五的表面碼。這套轉接協議原見於二○二四年的理論論文，實驗結果顯示，經純化的狀態可以在硬件內平穩存活並轉移。

Google 強調，仍需在更大規模上示範 magic state cultivation，才足以支撐實際可用的量子運算，技術挑戰仍然不少。但該公司認為，這次成果已把一個關鍵理論構想，轉化為在真實硬件上得到實驗證實的現實，令建立可用、具糾錯能力的量子電腦的目標再近一步。

## 參考資料

\[1\] [Bringing the magic: Google breaks open a bottleneck in quantum computing（2026年10月15日）](https://blog.google/innovation-and-ai/models-and-research/quantum-computing/magic-state-cultivation-quantum-computing)

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1. [Google 在 Willow 處理器實測 magic state cultivation，量子運算錯誤率降低約四十倍](https://sammy.hk/google-%e5%9c%a8-willow-%e8%99%95%e7%90%86%e5%99%a8%e5%af%a6%e6%b8%ac-magic-state-cultivation%ef%bc%8c%e9%87%8f%e5%ad%90%e9%81%8b%e7%ae%97%e9%8c%af%e8%aa%a4%e7%8e%87%e9%99%8d%e4%bd%8e%e7%b4%84/ "Google 在 Willow 處理器實測 magic state cultivation，量子運算錯誤率降低約四十倍")
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