Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Essas máquinas já existem, mas cometem uma quantidade excessiva de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, embora avanços recentes sugiram que uma solução pode estar no horizonte.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam na redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os dígitos 0 e 1 são invertidos por engano. 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 informações por grupos de qubits – os blocos básicos dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem em ambientes quânticos, como quando partículas ficam ligadas pelo emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar os erros.
Avanços recentes
Um surto 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 se conectando.
Um dos entraves para a correção quântica de erros tem sido o fato de que o número de qubits necessários para formar um qubit lógico tende a ser grande, o que torna todo o computador quântico caro e difícil de construir. No entanto, 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 minúsculo ressonador para criar um qubit maior que, além de cometer menos erros, pode sinalizar automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles deram um passo adiante para mostrar 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, com algumas falhas ocorrendo tão raramente quanto uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Desafios contínuos
Embora abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis terão que conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros ainda vão escorregar. Por isso, Arian Vezvaee da startup Quantum Elements e seus colegas testaram uma forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos, algo como 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 àqubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos é realmente importante para alguns dos cálculos mais precisos, como descobriram 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 os métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Essa inovação em programas de correção de erros será decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. 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.
