Os computadores quânticos só serão verdadeiramente úteis quando puderem corrigir seus próprios erros. Essas máquinas já existem, mas cometem um número grande demais de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas avanços recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também aparecem em computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, na qual bits extras são usados para detectar quando 0s viram 1s por engano, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando informações por grupos de qubits – os blocos básicos dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem nesse ambiente, como quando partículas ficam ligadas por emaranhamento quântico.
Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar erros. Um avanço recente deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito emocionante na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente se encontrando.
Redução no número de qubits
Um dos entraves 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 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 emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros ocultos.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computação quântica podem 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.
Proteção adicional contra falhas
Mesmo com abordagens como essa, que pegarão muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns ainda escaparão. 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 principal 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.
A receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos é importante para alguns dos cálculos mais precisos, como descobriu 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. A precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
James Wootton da startup Moth Quantum diz que essa inovação em programas de correção de erros será decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. Segundo ele, ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as peças da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
