Os computadores quânticos só serão realmente úteis quando puderem corrigir seus próprios erros. A tecnologia já existe, mas os equipamentos atuais cometem falhas em excesso. Este é visto como o maior obstáculo para que a tecnologia se torne útil, e avanços recentes indicam que uma solução pode estar mais próxima.
Erros também ocorrem em computadores tradicionais, onde técnicas para corrigi-los já são estabelecidas. Elas se baseiam em redundância, usando bits extras para detectar quando os valores mudam incorretamente. No mundo quântico, porém, o desafio é maior.
As leis da mecânica quântica impedem a duplicação de informação 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 exclusivos desse ambiente, como o emaranhamento quântico. Esses grupos são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é central para eliminar erros.
Uma onda recente de 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 se encontrando.
Um dos entraves tem sido a quantidade de qubits físicos necessários para formar 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 mostraram recentemente que isso pode não ser sempre necessário.
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 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 computação quântica podem ser realizadas 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.
Ainda que abordagens como essas capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que algumas falhas ainda passarão. 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 e se corrompa. A equipe mostrou que dar “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o emaranhamento mais confiável até agora entre qubits lógicos.
A forma exata de combinar qubits físicos em lógicos é importante para alguns 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 de uma molécula de hidrogênio. 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 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 efetiva sem falhas, mas começamos a ver os fundamentos de engenharia disso surgirem.
O campo da computação quântica continua a evoluir rapidamente, com grupos de pesquisa em todo o mundo buscando diferentes arquiteturas para qubits. Além dos qubits supercondutores, há pesquisas com íons aprisionados e átomos neutros. Cada abordagem tem seus próprios desafios técnicos relacionados à correção de erros. O aumento da escala é outra frente de trabalho, já que computadores úteis para problemas complexos exigirão números muito maiores de qubits estáveis e interconectados.
