Computadores quânticos não serão realmente úteis até que possam corrigir seus erros.
Computadores quânticos já são uma realidade, mas eles cometem erros em excesso. Este 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 aparecem nos computadores tradicionais, mas existem técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando 0s trocam incorretamente para 1s ou vice-versa. No mundo quântico, no entanto, isso é muito mais desafiador.
As leis da mecânica quântica impedem que informações sejam duplicadas dentro de um computador quântico. Portanto, a redundância deve ser alcançada espalhando informações por grupos de qubits – os blocos de construção dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem em cenários quânticos, como quando pares de partículas se ligam via emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor maneira de construí-los e usá-los é determinante para eliminar erros.
Um recente aumento no progresso tem deixado os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf na Universidade de Yale diz: “É um momento muito empolgante na correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente entrando em contato”.
Um dos obstáculos 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 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 ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados via emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros sorrateiros.
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 excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubit.
Apesar de abordagens como essa detectarem muitos erros, computadores quânticos úteis terão que 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 maneira de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos, como usar um casaco de chuva embaixo de um guarda-chuva.
A ideia central é não deixar nenhum qubit ocioso por muito tempo, pois isso faz com que eles percam suas propriedades quânticas especiais e se corrompam. 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 importa muito 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 erro não são suficientes.
Tal inovação nos programas de correção de erro será decisiva 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”. Ele afirma que computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecerem.
