Os computadores quânticos ainda não serão realmente úteis até que possam corrigir seus erros.
Os computadores quânticos já são uma realidade, mas eles cometem muitos erros. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne verdadeiramente útil, mas descobertas recentes sugerem que uma solução pode estar próxima.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas já existem técnicas estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam na redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s são trocados por 1s ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais difícil.
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 – os blocos de construção dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem no ambiente quântico, como quando pares de partículas ficam ligados por entrelaçamento 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. “É um momento muito interessante na correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente fazendo contato”, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos problemas para a correção de erros quânticos tem sido o grande número de qubits necessários para formar um qubit lógico, 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 acontece. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por entrelaçamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros ocultos.
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 muito baixas, com alguns erros ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Embora abordagens como esta capturem muitos erros, computadores quânticos úteis terão que conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros ainda vão passar. 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 eles percam suas propriedades quânticas e se corrompam. A equipe mostrou que dar “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o entrelaçamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
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 os métodos básicos de correção de erro não são suficientes.
Essa inovação em programas de correção de erro 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 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, afirma ele.
As pesquisas na área de correção de erros continuam a atrair investimentos significativos de governos e empresas de tecnologia em todo o mundo. A busca por um método prático e escalável é vista como um passo necessário para liberar o potencial da computação quântica em campos como descoberta de medicamentos, ciência de materiais e criptografia.
