Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. As máquinas quânticas já existem, mas cometem uma quantidade excessiva de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, porém avanços recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas há técnicas bem consolidadas para corrigi-los. Elas se baseiam na redundância, na qual bits extras são usados para detectar quando 0s viram 1s incorretamente ou vice-versa. No mundo quântico, no entanto, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica impedem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Portanto, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos básicos dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem no ambiente quântico, como quando pares de partículas ficam ligados por meio do 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.
Uma onda recente de 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 quânticos tem sido a necessidade de um número grande de qubits físicos para formar um qubit lógico, o que torna o computador quântico caro e de difícil construção. Mas Xiayu Linpeng, da Academia Internacional de Quântica na China, e sua equipe mostraram 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 uma falha quando ela ocorre. Eles foram além e demonstraram como três desses qubits podem ser agrupados por meio do emaranhamento quântico para aumentar o poder de computação 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 algumas falhas ocorrendo tão raramente quanto uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Ainda que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis terão que 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, como usar um casaco de chuva debaixo de um guarda-chuva.
A ideia central 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 agora.
A fórmula exata de como combinar qubits físicos em qubits lógicos realmente importa 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. Lá, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Esse tipo de inovação em programas de correção de erros será importante 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 efetiva sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
