Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus erros. Máquinas quânticas já existem, mas elas cometem muitos erros. Este é provavelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas avanços recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas se baseiam em redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s viram 1s por engano, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais difícil.
As leis da mecânica quântica proíbem que informações sejam duplicadas 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 em contextos quânticos, como quando partículas ficam ligadas por meio do emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor maneira de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar os erros.
Um aumento recente no progresso deixou os pesquisadores otimistas. “É um momento muito empolgante na correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente fazendo contato”, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido o grande número de qubits físicos necessários para fazer 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 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 comete menos erros e pode sinalizar automaticamente um erro quando ele acontece. 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 computadores quânticos poderiam ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo apenas uma vez a cada um milhão de manipulações de qubit.
Mesmo que abordagens como essa capturem 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 maneira de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos, como usar uma capa de chuva sob 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 até hoje entre qubits lógicos.
A receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos é muito importante 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. “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, afirma ele.
