Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros.
Os computadores quânticos 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 descobertas 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, onde bits extras são usados para detectar quando os valores 0 trocam incorretamente para 1, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos básicos dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem em ambientes quânticos, como quando pares de partículas se ligam por meio do emaranhamento quântico.
Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é muito importante para determinar como eliminar os erros.
Um aumento recente no progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito animador na correção de erros e que, pela primeira vez, a teoria e a prática estão realmente se encontrando.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico, que 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 ocorre. 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 computadores quânticos poderiam ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas. Alguns erros ocorriam 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, 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 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 entre qubits lógicos até hoje.
A forma exata de como combinar qubits físicos em lógicos é muito 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. Lá, a precisão necessária é tão alta que 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 muito importante para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. Ele afirma que ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as partes da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar de forma efetiva sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
O campo da computação quântica continua avançando rapidamente, com laboratórios e empresas ao redor do mundo competindo para superar os desafios práticos. A busca por materiais mais estáveis para abrigar qubits e por sistemas de controle mais eficientes também faz parte desse esforço global. Enquanto a correção de erros permanece no centro das atenções, cada pequeno avanço nas técnicas de fabricação e controle representa um passo em direção a máquinas quânticas mais poderosas e confiáveis para o futuro.
