Os computadores quânticos só serão verdadeiramente úteis quando puderem corrigir seus próprios erros.
Essas máquinas já são uma realidade, mas elas cometem um número excessivo de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne útil de fato, porém avanços recentes indicam que uma solução pode estar a caminho.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas existem técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, usando bits extras para detectar quando os valores 0 e 1 são trocados incorretamente. No mundo quântico, porém, o desafio é 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 dessas máquinas – e utilizando fenômenos que só existem no âmbito quântico, como o entrelaçamento 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 os erros.
Uma onda recente de progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, afirma que é um momento muito empolgante na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente entrando em contato.
Um dos entraves tem sido a grande quantidade de qubits físicos necessária para formar um qubit lógico, o que torna o computador quântico caro e difícil de construir. Mas 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 criar um qubit maior que, além de cometer menos erros, pode sinalizar automaticamente quando um erro ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por entrelaçamento quântico para ampliar 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 algumas falhas ocorrendo apenas uma vez a cada um milhão de manipulações.
Embora essas abordagens capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que algumas falhas 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 central é não deixar que nenhum qubit fique ocioso por muito tempo, pois isso faz com que ele perca suas propriedades quânticas e se corrompa. A equipe mostrou que dar “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o entrelaçamento mais confiável até agora entre qubits lógicos.
A forma exata de combinar qubits físicos em lógicos é importante para alguns 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 erros não são suficientes.
Inovações em programas de correção de erros serão muito importantes para o sucesso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. 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 efetivamente sem falhas, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia para isso aparecerem.
A busca por uma correção de erros eficiente é um dos focos principais da pesquisa em computação quântica atualmente. Várias abordagens, incluindo as citadas, estão sendo testadas em laboratórios e empresas ao redor do mundo. O caminho para uma máquina quântica prática e comercialmente viável depende diretamente da superação desse desafio técnico.
