Computadores quânticos ainda não serão verdadeiramente úteis até que possam 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 útil, mas avanços recentes indicam que uma solução pode estar no horizonte.
Erros também surgem em 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, isso é muito mais desafiador.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informações dentro de um computador quântico. Portanto, a redundância precisa ser alcançada espalhando informações 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 meio do 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 surto recente de progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade Yale, diz que é um momento muito empolgante na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente fazendo contato.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido que o número de qubits necessários para formar 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 mostraram 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 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 qubit.
Mesmo que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns ainda passarão. 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 uma capa de chuva embaixo 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 àqueles qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A forma exata de 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 métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Inovações 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. Computadores quânticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso surgirem.
