Computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Estas máquinas já existem, mas cometem um número excessivo de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne útil de fato, mas avanços recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também aparecem em computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, usando bits extras para detectar quando 0s se tornam 1s por engano, ou o contrário. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informação dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância precisa ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos básicos desses computadores – e utilizando fenômenos que só existem no âmbito quântico, como quando partículas ficam ligadas pelo 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 de maneira mais eficiente. Um aumento recente no progresso nessa área tem deixado pesquisadores otimistas.
Pela primeira vez, a teoria e a prática estão realmente fazendo contato, diz Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale. Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido a necessidade de um grande número de qubits físicos para formar um qubit lógico, o que torna o computador quântico caro e difícil de construir.
No entanto, Xiayu Linpeng e sua equipe na Academia Internacional de Quântica, na China, demonstraram recentemente que isso pode não ser necessário. 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 automaticamente sinalizar um erro quando ele ocorre.
Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por meio do entrelaçamento 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 taxas de erro excepcionalmente baixas.
Alguns erros ocorreram apenas uma vez a cada milhão de manipulações de qubit. Apesar de abordagens como essa detectarem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros ainda passarão.
Por isso, Arian Vezvaee e seus colegas na startup Quantum Elements testaram uma forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos. A ideia principal é não deixar que nenhum qubit fique inativo por muito tempo, pois isso faz com que ele perca suas propriedades quânticas especiais e se corrompa.
A equipe mostrou que dar “impulsos” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o entrelaçamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos. A forma exata de como combinar qubits físicos em lógicos realmente importa para alguns cálculos mais precisos, como David Muñoz Ramo e sua equipe na empresa de computação quântica Quantinuum descobriram.
Eles investigaram um algoritmo que determina a menor energia possível que uma molécula de hidrogênio pode ter. Ali, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes. James Wootton, da startup Moth Quantum, diz que inovações em programas de correção de erros serão importantes para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos.
Segundo ele, 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 as bases de engenharia para isso aparecerem, afirma Wootton.
