Os computadores quânticos ainda não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros.
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 indicam que uma solução pode estar próxima.
Erros também afetam computadores tradicionais, mas já existem técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s viram 1s por engano, ou o contrário. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informação 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 o emaranhamento quântico, que liga pares de partículas. 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 progressos deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, afirma que é um momento muito animador para a correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente se conectando.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido a necessidade de um número grande de qubits físicos para formar um qubit lógico, o que torna o computador quântico caro e difícil de construir. Contudo, 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 que, ao mesmo tempo, 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 ocultos.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computação quântica poderiam ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Apesar de abordagens como essa detectarem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros ainda passarão. Por isso, Arian Vezvaee da startup Quantum Elements e seus colegas testaram uma forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos, comparada a 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 já registrado até hoje.
A receita exata de como combinar qubits físicos em qubits lógicos é realmente importante para alguns dos cálculos mais precisos, como descobriu David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas 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 inovações em programas de correção de erro serão determinantes 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 erro 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.
