Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus erros. Essas máquinas já existem, mas cometem muitos erros. Este é provavelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas descobertas recentes sugerem que uma solução pode estar próxima.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam em redundância, usando bits extras para detectar quando 0s trocam para 1s ou vice-versa. No mundo quântico, no entanto, isso é muito mais desafiador.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informação dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – as unidades básicas dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem no contexto quântico, como quando pares de partículas se ligam pelo emaranhamento quântico.
Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor maneira de construí-los e usá-los é muito importante para determinar como eliminar erros. Um recente aumento no progresso tem deixado os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade Yale, diz que é um momento muito animador na correção de erros, com a teoria e a prática finalmente se encontrando.
Reduzindo a quantidade necessária de qubits
Um dos problemas para a correção de erros quânticos tem sido a necessidade de um grande número de qubits físicos para criar um único qubit lógico. Isso torna o computador quântico caro e difícil de construir. No entanto, Xiayu Linpeng e sua equipe da Academia Internacional de Quântica, na China, demonstraram recentemente que isso pode não ser necessário.
Os pesquisadores descobriram que apenas dois qubits supercondutores podem ser combinados com um pequeno ressonador para formar um qubit maior. Esse qubit comete menos erros e ainda pode sinalizar automaticamente quando um erro acontece. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros ocultos.
Baixas taxas de erro e proteção extra
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computação quântica podem ser feitas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas. Alguns erros ocorreram apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Apesar de abordagens como essa detectarem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão ter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros ainda passarão. Por isso, Arian Vezvaee e seus colegas da startup Quantum Elements testaram uma forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos.
A ideia principal é não deixar nenhum qubit inativo por muito tempo, pois isso faz com que ele perca suas propriedades quânticas e se corrompa. A equipe mostrou que dar “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits inativos pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos já registrado até hoje.
A precisão necessária para cálculos complexos
A forma exata de combinar qubits físicos em lógicos é muito importante para alguns dos cálculos mais precisos. David Muñoz Ramo e seus colegas da empresa de computação quântica Quantinuum descobriram isso ao investigar um algoritmo que determina a menor energia possível que uma molécula de hidrogênio pode ter. A precisão necessária é tão alta que os métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
James Wootton, da startup Moth Quantum, afirma que inovações em programas de correção de erros serão determinantes para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. Ele diz que os pesquisadores ainda estão aprendendo como todas as peças 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 para isso aparecerem.
