Os computadores quânticos só serão verdadeiramente úteis quando puderem corrigir seus próprios erros.
As máquinas quânticas já são uma realidade, mas elas cometem uma quantidade excessiva de erros. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, porém descobertas recentes indicam que uma solução pode estar a caminho.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, na qual bits extras são usados para detectar quando 0s trocam para 1s, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, 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 básicos dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem nesse ambiente, como quando pares de partículas ficam ligadas pelo emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é determinante para eliminar os erros.
Um avanço recente deixou os pesquisadores mais otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito animador na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente se encontrando.
Um dos entraves para a correção quântica tem sido a necessidade de um número grande de qubits físicos 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. Esse qubit tanto comete menos erros quanto 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. Alguns erros ocorreram tão raramente quanto uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
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 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 a qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A fórmula exata de como combinar qubits físicos em lógicos é realmente importante para alguns dos cálculos mais precisos. David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas descobriram isso 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 erro não são suficientes.
Essa inovação nos programas de correção de erros será determinante para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. Segundo ele, 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 de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
