Os computadores quânticos ainda não serão verdadeiramente úteis até que consigam corrigir seus próprios erros. Essas máquinas já são uma realidade, mas cometem uma quantidade excessiva de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne útil de fato, mas avanços recentes indicam que uma solução pode estar a caminho.
Erros também afetam os computadores tradicionais, mas existem técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas se baseiam na redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os valores 0 e 1 são trocados por engano. No entanto, no mundo quântico, esse desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica impedem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – as unidades básicas desses computadores – e utilizando fenômenos que só existem no ambiente quântico, como o emaranhamento quântico que liga partículas. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar os erros.
Uma onda recente de progressos deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, afirma que é um período muito animador para a correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente se conectando.
Um dos entraves tem sido o número elevado de qubits físicos necessários para formar um qubit lógico, o que torna 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 sorrateiros.
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.
Ainda que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros ainda vão surgir. Por isso, Arian Vezvaee da startup Quantum Elements e seus colegas testaram uma maneira de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos, como usar uma capa de chuva debaixo de um guarda-chuva.
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 “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A forma exata de combinar qubits físicos em lógicos realmente importa para alguns 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 de uma molécula de hidrogênio. Lá, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Essa inovação em programas de correção de erros será importante para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. Ele afirma que ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as partes da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
A matéria original foi publicada pela revista New Scientist.
