Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que consigam corrigir seus próprios erros. Essa é, sem dúvida, a maior barreira para que a tecnologia se torne realmente prática, mas avanços recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas existem técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam em redundância, usando bits extras para detectar quando os 0s trocam incorretamente para 1s ou vice-versa. No mundo quântico, no entanto, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica impedem a duplicação de informação dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância precisa ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits, os blocos fundamentais desses computadores, e utilizando fenômenos que só existem no contexto quântico, como o emaranhamento, que liga partículas. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é central para determinar como eliminar os erros.
Um aumento recente no progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz: “É um momento muito excitante na correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente entrando em contato”.
Um dos obstáculos para a correção de erros quânticos tem sido o grande número de qubits físicos necessários para fazer um único 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 ainda sinaliza automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros sorrateiros.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computação quântica podem ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
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 forma de adicionar mais proteção contra erros aos qubits lógicos.
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 forma exata de combinar qubits físicos em lógicos é importante para alguns dos cálculos mais precisos, como descobriu 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. A precisão necessária é tão alta que os métodos básicos de correção de erro não são suficientes.
Essa inovação em programas de correção de erro será determinante 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 erro se encaixam.” Ele afirma que os computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
A pesquisa na área continua avançando em várias frentes. Outros grupos ao redor do mundo também buscam métodos para tornar os qubits mais estáveis e as operações lógicas mais confiáveis. O desenvolvimento de novos materiais e arquiteturas para os processadores quânticos é outra linha de trabalho importante para reduzir os erros na fonte. A combinação de melhorias no hardware com algoritmos de correção mais sofisticados no software é vista como o caminho para computadores quânticos práticos. A colaboração entre universidades, institutos de pesquisa e empresas privadas tem acelerado esses avanços, com investimentos significativos tanto do setor público quanto do privado. A corrida para domar os erros quânticos é, portanto, um esforço global e multidisciplinar que definirá o ritmo da revolução quântica.
