Os computadores quânticos ainda não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. As máquinas quânticas já existem, mas elas cometem erros em uma escala muito grande. Este é um dos principais obstáculos para que a tecnologia se torne realmente útil, mas avanços recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os valores 0 e 1 são trocados por engano. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informação dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância precisa 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 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 importante para determinar como eliminar os erros. Um avanço recente tem deixado os pesquisadores 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 conectando.
Um dos problemas para a correção quântica tem sido que o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico tende a ser grande, o que torna 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 sempre assim.
Os pesquisadores descobriram que apenas dois qubits supercondutores podem ser combinados com um pequeno ressonador para criar um qubit maior. Esse qubit 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 não detectados.
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, 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 vão aparecer. Por isso, Arian Vezvaee da startup Quantum Elements e seus colegas testaram uma forma 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 agora entre qubits lógicos.
A forma exata de combinar qubits físicos em lógicos é importante para alguns dos cálculos mais precisos, como David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas descobriram ao investigar um algoritmo. Eles estudaram um algoritmo que determina a menor energia possível que uma molécula de hidrogênio pode ter. A precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erro não são suficientes.
James Wootton da startup Moth Quantum diz que inovações em programas de correção de erro serão decisivas para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. Ele afirma que os pesquisadores ainda estão aprendendo como todas as peças da correção de erro 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.
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