Os computadores quânticos não serão realmente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Esse é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas descobertas recentes sugerem que uma solução pode estar próxima.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam em redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s trocam incorretamente para 1s ou vice-versa. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informações dentro de um computador quântico. Portanto, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos fundamentais dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem em ambientes quânticos, como quando pares de partículas se tornam ligadas via emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor maneira de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar os erros.
Um recente aumento no progresso deixou 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 entrando em contato.
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 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 minúsculo 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 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 computador quântico 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 capturem 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.
A ideia principal 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 a qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos até hoje.
A receita exata de como combinar qubits físicos em 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 métodos básicos de correção de erro não são suficientes.
Tal inovação em programas de correção de erro será importante para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. Ele afirma que ainda estamos em uma fase onde os pesquisadores estão aprendendo como todas as peças da correção de erro se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
A área de computação quântica continua a receber investimentos significativos de governos e empresas privadas em todo o mundo, na expectativa de que a superação da barreira dos erros abrirá portas para aplicações práticas. Muitos especialistas veem os avanços recentes na correção de erros como um passo necessário para que a tecnologia saia dos laboratórios de pesquisa e comece a resolver problemas complexos em áreas como química, logística e criptografia.
