Computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros.
Os computadores quânticos já são uma realidade, mas eles cometem erros em excesso. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas descobertas recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s trocam incorretamente para 1s ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais desafiador.
As leis da mecânica quântica proíbem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos de construção dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem em ambientes quânticos, como quando pares de partículas ficam ligadas via emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é determinante para eliminar erros.
Um surto recente de progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz: “É um momento muito emocionante na correção de erros. Pela primeira vez, a teoria e a prática estão realmente entrando em contato”.
Reduzindo a quantidade de qubits físicos
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido que o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico tende a ser grande, o que torna todo o computador quântico caro e difícil de construir. Mas Xiayu Linpeng, da Academia Internacional de Quântica na China, e sua equipe demonstraram recentemente que isso não precisa ser assim.
Os pesquisadores descobriram que apenas dois qubits supercondutores podem ser combinados com um pequeno ressonador para criar um qubit maior que, ao mesmo tempo, comete menos erros e pode sinalizar automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por meio do emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros sorrateiros.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computadores quânticos poderiam ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo tão raramente quanto uma vez em um milhão de manipulações de qubit.
Protegendo qubits ociosos
Apesar de abordagens como essa detectarem muitos erros, computadores quânticos úteis terão que conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns ainda passarão. Por isso, Arian Vezvaee, da startup Quantum Elements, e seus colegas testaram uma forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos.
A ideia central é não deixar nenhum qubit ocioso por muito tempo, pois isso faz com que ele perca suas propriedades quânticas especiais e se corrompa. A equipe mostrou que dar a qubits ociosos ‘chutes’ extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
Precisão para cálculos específicos
A receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos é realmente importante para alguns dos cálculos mais precisos, como descobriram David Muñoz Ramo, da empresa de computação quântica Quantinuum, e seus colegas ao investigar um algoritmo que determina a menor energia possível que uma molécula de hidrogênio pode ter. Lá, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
James Wootton, da startup Moth Quantum, diz que tal inovação em programas de correção de erros será determinante para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. “Ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as peças da correção de erros se encaixam”, afirma. Ele complementa que os computadores quânticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
