Computadores quânticos ainda não serão verdadeiramente úteis até que consigam corrigir seus próprios erros.
Computadores quânticos já são uma realidade, mas eles cometem muitos erros. Este é possivelmente 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, porém, isso é muito mais desafiador.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informação dentro de um computador quântico, então a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos de construção dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem no ambiente quântico, como quando pares de partículas se tornam ligadas via emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é determinante para eliminar erros.
Um surto recente de progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito excitante na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente entrando em contato.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido que o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico tende a ser grande, o que torna todo o computador quântico 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 acontece. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por meio do 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 poderiam ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo tão raramente quanto uma vez em um milhão de manipulações de qubit.
Embora abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns ainda aparecerão. 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 sob 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 a qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética 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 quântica 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.
James Wootton da startup Moth Quantum afirma que essa inovação em programas de correção de erros será decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. Ele diz 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 aparecerem.
O campo da computação quântica continua a avançar rapidamente, com equipes em todo o mundo buscando soluções para o problema da correção de erros. A capacidade de controlar e estabilizar qubits é uma área de pesquisa intensa, já que a fidelidade das operações é vital para qualquer aplicação prática. Além dos métodos mencionados, outras abordagens incluem códigos topológicos e a exploração de diferentes plataformas físicas, como íons aprisionados ou pontos quânticos. Cada avanço, mesmo que incremental, contribui para o objetivo maior de construir uma máquina quântica tolerante a falhas. A colaboração entre academia e indústria tem sido um motor importante nesse progresso, acelerando a transição da teoria para a prática.
