Os computadores quânticos só serão realmente úteis quando puderem corrigir seus próprios erros. Embora já existam, eles cometem uma quantidade excessiva de falhas. Este é provavelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne de fato prática, mas avanços recentes indicam que uma solução pode estar próxima.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os valores 0 são trocados por 1 ou vice-versa. No mundo quântico, porém, esse desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica impedem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância precisa ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – as unidades básicas desses computadores – e usando fenômenos exclusivos do ambiente quântico, como o entrelaçamento quântico 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 eliminar os erros.
Um recente aumento no progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, afirma que é um momento muito animador na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente se conectando.
Um dos entraves tem sido que o número de qubits físicos necessários para formar um qubit lógico tende a ser grande, o que torna o computador quântico caro e difícil de construir. No entanto, Xiayu Linpeng e sua equipe da Academia Internacional de Quântica na China 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 quando um erro ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados via entrelaçamento 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 realizadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com algumas falhas ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Embora abordagens assim capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que algumas falhas ainda vão passar. 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 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 e se corrompa. A equipe mostrou que dar “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o entrelaçamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A forma exata de combinar qubits físicos em lógicos é realmente importante 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. A precisão necessária é tão alta que os métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Essa inovação nos programas de correção de erros será decisiva 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 já começamos a ver os fundamentos de engenharia disso aparecendo.
