Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros.
Computadores quânticos já são uma realidade, mas eles cometem um número muito grande de erros. 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 existem técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam em redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s se tornam 1s por engano, ou vice-versa. No mundo quântico, no entanto, o 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 – os blocos de construção dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem nesse cenário, como quando pares de partículas ficam ligadas por meio do emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor maneira de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar os erros.
Um progresso recente e acelerado tem deixado os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito empolgante na correção de erros e que, pela primeira vez, teoria e prática estão realmente entrando em contato.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido o fato de 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 International Quantum Academy 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 acontece. 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 computador quântico poderiam ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubit.
Embora abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis terão que conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns ainda vão aparecer. Por isso, Arian Vezvaee da startup Quantum Elements e seus colegas testaram uma maneira 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 “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos até o momento.
A receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos realmente importa para alguns dos cálculos mais precisos, como David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas descobriram 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 os métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Inovações desse tipo em programas de correção de erros serão determinantes 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 peças da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecerem.
