Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus erros. Os computadores quânticos já estão aqui, mas eles cometem erros demais. Este é, sem dúvida, 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 há 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 proíbem a duplicação de informações dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits, que são os blocos de construção dos computadores quânticos, e usando fenômenos que só existem no cenário quântico. Um exemplo é quando pares de partículas se ligam por meio do emaranhamento quântico.
Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor maneira de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar erros. Um recente aumento no progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz: “É um momento muito excitante na correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente fazendo contato.”
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido o fato de que o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico tende a ser grande. Isso 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. Esse qubit 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 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 podem ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas. Alguns erros ocorrem 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. Isso significa que alguns erros 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 uma capa de chuva debaixo de um guarda-chuva.
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 “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos até hoje.
A receita exata de como combinar qubits físicos em qubits lógicos realmente importa 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. Lá, a precisão necessária é tão alta que os métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
James Wootton da startup Moth Quantum diz que essa inovação em programas de correção de erros será importante para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. “Ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as peças da correção de erros se encaixam.” Ele afirma que os computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecerem.
