Os computadores quánticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros.
Os computadores quánticos 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 avanços recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas existem técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, em que bits extras são usados para detectar quando os 0s viram 1s incorretamente, ou vice-versa. No mundo quántico, no entanto, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quántica proíbem a duplicação de informações dentro de um computador quántico, portanto a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos fundamentais dos computadores quánticos – e utilizando fenômenos que só existem em ambientes quánticos, como quando pares de partículas ficam ligadas via emaranhamento quántico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é central para determinar como eliminar erros.
Um avanço recente tem deixado os pesquisadores otimistas. “É um momento muito empolgante na correção de erros. Pela primeira vez, a teoria e a prática estão realmente entrando em contato”, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos entraves para a correção de erros quánticos tem sido que o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico tende a ser grande, o que torna todo o computador quántico caro e difícil de construir. Mas Xiayu Linpeng da International Quantum Academy 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, ao mesmo tempo, 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 emaranhamento quántico para aumentar o poder computacional sem erros sorrateiros.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computadores quánticos poderiam ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e com taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo tão raramente quanto uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Ainda que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quánticos 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 forma 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 quánticas 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 lógicos realmente importa para alguns dos cálculos mais precisos, como David Muñoz Ramo da empresa de computação quántica 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.
Essa inovação em programas de correção de erros será decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quánticos, 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 erros se encaixam.” Os computadores quánticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecerem, diz ele.
O campo da computação quántica continua atraindo grandes investimentos de governos e empresas privadas, que veem o potencial para resolver problemas complexos em áreas como logística, descoberta de fármacos e criptografia. A corrida pela supremacia quántica, onde um computador quántico realizará uma tarefa impraticável para máquinas clássicas, impulsiona essa busca por correção de erros mais eficiente. Enquanto isso, pesquisadores exploram diferentes plataformas físicas para os qubits, como íons presos, pontos quânticos e sistemas fotônicos, cada um com seus próprios desafios e vantagens na luta contra os erros.
