Os computadores quânticos só serão verdadeiramente úteis quando puderem corrigir seus próprios erros. Os computadores quânticos já existem, mas cometem muitos erros. 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 há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam na redundância, em que bits extras são usados para detectar quando 0s viram 1s por engano, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais desafiador.
As leis da mecânica quântica proíbem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Portanto, a redundância deve ser alcançada espalhando informações por grupos de qubits – os blocos de construção dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem em ambientes quânticos, como quando pares de partículas se ligam pelo emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor maneira de construí-los e usá-los é muito importante para determinar como eliminar erros.
Um aumento recente no progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz: É um momento muito animador na correção de erros. 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. 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 formar um qubit maior que 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 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 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 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 um casaco 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 quânticas especiais e se corrompam. A equipe mostrou que dar à qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos até agora.
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 erros não são suficientes.
James Wootton, da startup Moth Quantum, diz que tal 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 peças da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar de forma efetiva sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecerem.
O tema central da reportagem é a computação quântica e os esforços contínuos da comunidade científica para superar a barreira dos erros. Várias empresas e instituições acadêmicas ao redor do mundo estão investindo pesadamente em pesquisa e desenvolvimento nesta área, buscando tornar a tecnologia prática para aplicações em simulação de materiais, criptografia e otimização de problemas complexos. O progresso, embora gradual, é constante e aponta para um futuro onde máquinas quânticas confiáveis possam complementar os computadores clássicos.
