Os computadores quânticos só serão verdadeiramente úteis quando puderem corrigir seus próprios erros.
Computadores quânticos já existem, 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 consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s viram 1s por engano ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais difícil.
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 – as unidades básicas dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem nesse ambiente, como quando partículas ficam ligadas por emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é determinante para eliminar os erros.
Um avanço recente tem deixado os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito animador na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão se encontrando.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido a grande quantidade de qubits físicos necessários para formar um qubit lógico. Isso torna o computador quântico caro e difícil de construir. Mas Xiayu Linpeng e sua equipe da Academia Internacional de Quântica da China 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. Ele 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 que erros passem despercebidos.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computação quântica 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.
Ainda que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros 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 embaixo de um guarda-chuva.
A ideia principal é não deixar qubits ociosos por muito tempo, pois isso faz com que percam suas propriedades quânticas especiais e se corrompam. A equipe mostrou que dar àqueles qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje 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 decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. Ele afirma que ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as peças da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso surgirem.
