Os computadores quânticos não serão realmente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Esses equipamentos já são uma realidade, mas cometem um número excessivo de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne de fato útil, porém descobertas recentes indicam que uma solução pode estar a caminho.
Erros também ocorrem em computadores tradicionais, mas existem técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, na qual bits extras são usados para detectar quando os valores mudam incorretamente. No mundo quântico, no entanto, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica impedem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância precisa ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits, que são as unidades básicas dessas máquinas. É necessário usar fenômenos que só existem no ambiente quântico, como o emaranhamento, que ocorre quando partículas ficam ligadas. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos.
Descobrir a melhor forma de construir e usar esses qubits lógicos é importante para definir como eliminar os erros. Um recente aumento no progresso nesta área deixou os pesquisadores otimistas. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente entrando em contato, segundo Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos problemas para a correção de erros quânticos tem sido a necessidade de um número grande de qubits físicos para formar um qubit lógico. Isso torna o computador quântico caro e difícil de construir. Mas Xiayu Linpeng, da International Quantum Academy na China, e sua equipe mostraram 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. Este qubit maior 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 meio do emaranhamento quântico para aumentar o poder de computação sem erros não detectados.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computadores quânticos podem ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas. Alguns erros ocorrem apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Ainda que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que algumas falhas ainda vão ocorrer. 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 inativo 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 agora entre qubits lógicos.
A forma exata de combinar qubits físicos em lógicos é realmente importante para alguns dos cálculos mais precisos. David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas descobriram isso ao investigar 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 erros não são suficientes.
Essa inovação em programas de correção de erros será um fator determinante para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. Os pesquisadores ainda 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 os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
