Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Os computadores quânticos já existem, mas cometem erros demais. Esse é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas descobertas recentes sugerem que uma solução pode estar no horizonte.
Erros também surgem em computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando 0s trocam para 1s incorretamente ou vice-versa. No mundo quântico, no entanto, isso é muito mais difícil.
As leis da mecânica quântica proíbem que informações sejam duplicadas dentro de um computador quântico, então a redundância deve 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 pares de partículas se ligam por meio do 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 aumento recente no progresso deixou os pesquisadores otimistas. É um momento muito emocionante na correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente fazendo contato, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos entraves 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 International Quantum Academy 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 acontece. Eles foram 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 computadores quânticos 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 detectem muitos erros, computadores quânticos úteis terão que conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns ainda vão aparecer. Então, 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 debaixo de um guarda-chuva.
A ideia central 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 até hoje entre qubits lógicos.
A receita exata de como combinar qubits físicos em qubits lógicos é realmente 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 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 peças da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecendo, diz ele.
O progresso na área também envolve a colaboração entre diferentes centros de pesquisa e empresas. Vários grupos ao redor do mundo estão testando diferentes arquiteturas de qubits, como íons presos e pontos quânticos, para ver qual se sai melhor na redução de taxas de erro. Essa competição saudável está acelerando os avanços.
Além disso, a melhoria no controle dos qubits físicos é uma frente constante de trabalho. Técnicas de resfriamento e isolamento cada vez mais eficientes são desenvolvidas para manter a coerência quântica por mais tempo, o que é vital para qualquer operação computacional. A interface entre o hardware e o software também recebe atenção, com novos códigos sendo escritos para explorar ao máximo as capacidades dos sistemas atuais.
