Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Essa é possivelmente a maior barreira 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 há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam na redundância, onde bits extras são usados para detectar quando 0s trocam para 1s 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 no ambiente quântico, 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 central para determinar como eliminar os erros.
Um recente surto de progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito emocionante na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente entrando em contato.
Um dos obstáculos para a correção quântica de erros tem sido a necessidade de um número grande de qubits físicos para criar um único qubit lógico. Isso torna todo o computador quântico caro e difícil de construir. No entanto, Xiayu Linpeng e sua equipe da Academia Internacional de Quântica na China demonstraram recentemente que isso não precisa ser assim.
Os pesquisadores descobriram que apenas dois qubits supercondutores podem ser combinados com um pequeno ressonador para formar um qubit maior. Esse qubit tanto comete menos erros quanto 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 ocorrem tão raramente quanto uma vez a cada 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 forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos.
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 receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos importa muito para alguns dos cálculos mais precisos. Foi o que 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. A precisão necessária é tão alta que os métodos básicos de correção de erro não são suficientes.
James Wootton da startup Moth Quantum diz que essa inovação em programas de correção de erros será determinante para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. Segundo ele, 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 de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
