Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros.
As máquinas quânticas já existem, mas elas cometem erros em excesso. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil. Entretanto, descobertas recentes sugerem que uma solução pode estar próxima.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, na qual bits extras são usados para detectar quando os números 0 e 1 são trocados por engano. No mundo quântico, porém, o desafio é 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 – as unidades básicas dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem nesse ambiente, como o emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos.
Descobrir a melhor forma de construir e usar os qubits lógicos é importante para definir como eliminar os erros. Um progresso recente e acelerado tem deixado os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito animador para a correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente se encontrando.
Um dos problemas 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. Mas Xiayu Linpeng, da Academia Internacional de Quântica na China, e sua equipe 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. Esse qubit 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 de computação sem erros ocultos.
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.
Apesar de abordagens como essas detectarem 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.
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 à qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A maneira exata de combinar qubits físicos em lógicos é 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 de uma molécula de hidrogênio. 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 erros 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 partes da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar de forma efetiva sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
