Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Embora já existam, eles cometem um número grande demais de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas descobertas 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 na redundância, na qual bits extras são usados para detectar quando 0s trocam para 1s ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais desafiador.
As leis da mecânica quântica impedem 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 no ambiente quântico, como quando pares de partículas ficam ligadas pelo emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar erros.
Um recente aumento no progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito animador na correção de erros e que, pela primeira vez, a teoria e a prática estão realmente se encontrando.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido o fato de 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 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, ao mesmo tempo, comete menos erros e pode sinalizar automaticamente um erro quando ele acontece. 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 computador quântico poderiam 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 aparecer. 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 um casaco 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 “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos até hoje.
A receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos realmente importa 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 que uma molécula de hidrogênio pode ter. Lá, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Inovações em programas de correção de erros serão importantes 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 efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
