Os computadores quânticos só serão verdadeiramente úteis quando conseguirem corrigir seus próprios erros.
Os computadores quânticos já são uma realidade, mas eles cometem erros demais. 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 em computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam em redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os códigos 0 e 1 são trocados incorretamente. No mundo quântico, porém, isso é muito mais difícil.
As leis da mecânica quântica impedem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Portanto, a redundância precisa ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos de construção dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem em ambientes quânticos, como quando partículas ficam ligadas por emaranhamento quântico. 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 erros.
Um surto recente de progresso deixou os pesquisadores otimistas. É um momento muito empolgante na correção de erros. Pela primeira vez, a teoria e a prática estão realmente fazendo contato, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos problemas 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 comete menos erros e pode sinalizar automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles deram um passo além para mostrar 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 tão raramente quanto uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Embora abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns ainda aparecerão. Por isso, Arian Vezvaee da startup Quantum Elements e seus colegas testaram uma forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos, como usar um casaco 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 entre qubits lógicos até hoje.
A forma exata de combinar qubits físicos em qubits 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 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. Ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as partes da correção de erros se encaixam. Computadores quânticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecendo, ele diz.
O desenvolvimento de hardware mais estável é outra frente de trabalho. Pesquisadores buscam materiais que mantenham os qubits em estado quântico por mais tempo, reduzindo a taxa de decaimento e os erros decorrentes. Avanços na fabricação de componentes também são necessários para produzir sistemas maiores e mais confiáveis. A combinação de melhorias físicas com esquemas lógicos de correção parece ser o caminho para computadores quânticos práticos.
