Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros.
Computadores quânticos já existem, mas cometem erros demais. 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 surgem em computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, em que bits extras são usados para detectar quando 0s viram 1s por engano, ou vice-versa. No entanto, no mundo quântico, isso é muito mais desafiador.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informação dentro de um computador quântico, então a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos fundamentais dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem em contextos quânticos, como quando pares de partículas ficam ligadas via entrelaçamento 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 erros.
Um aumento recente no progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito animador na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente entrando em contato.
Um dos entraves para a correção de erros quântica tem sido que o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico tende a ser grande, o que torna todo o computador quântico caro e difícil de construir. Mas Xiayu Linpeng, da International Quantum Academy 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, além de cometer menos erros, pode sinalizar automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por meio do entrelaçamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros ocultos.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computador quântico podem ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo 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 surgir. Por isso, Arian Vezvaee da startup Quantum Elements e seus colegas testaram uma forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos, 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 à qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o entrelaçamento mais confiável até agora entre qubits lógicos.
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.
Essa inovação em programas de correção de erros será importante para o sucesso ou fracasso 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 de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
Além do desafio técnico, a escalabilidade é outra frente de trabalho. Aumentar o número de qubits em um sistema sem aumentar drasticamente as taxas de erro é um problema de engenharia complexo. Diversas arquiteturas, como íons presos e pontos quânticos, estão sendo exploradas para encontrar a plataforma mais estável.
O investimento na área também continua a crescer, com governos e empresas privadas alocando recursos significativos para pesquisa. A corrida pelo domínio da computação quântica tem implicações estratégicas em setores que vão desde a criptografia até a descoberta de novos materiais e fármacos. O progresso na correção de erros é visto como o próximo grande marco para tornar essas aplicações práticas uma realidade.
