Os computadores quúnticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Essa é possivelmente a maior barreira 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 bem estabelecidas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, em que bits extras são usados para detectar quando 0s viram 1s por engano, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância precisa ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos básicos dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem nesse ambiente, como quando pares de partículas ficam ligadas pelo emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é determinante para eliminar os erros.
Um aumento recente no progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito empolgante na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente se conectando.
Um dos obstáculos para a correção quântica de erros tem sido o grande número de qubits necessários para fazer um qubit lógico, 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 comete menos erros e pode sinalizar 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 de computação sem erros ocultos.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computação quântica 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 passar. 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 a qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A receita exata de como combinar qubits físicos em 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 os métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
James Wootton da startup Moth Quantum diz que tal inovação nos programas de correção de erros será decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. Ele afirma que ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as partes da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
A busca por soluções para a correção de erros é um esforço contínuo que envolve várias frentes de pesquisa. Além dos métodos físicos para estabilizar os qubits, cientistas também desenvolvem algoritmos de software capazes de identificar e compensar falhas durante o processamento. Essa combinação de hardware e software é vista como o caminho para construir máquinas quânticas práticas. Investimentos públicos e privados nessa área têm crescido, refletindo a crença de que a superação do problema dos erros é o último grande passo para aplicações reais, como a simulação de moléculas para novos medicamentos ou a otimização de sistemas complexos de logística.
