Computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus erros. As máquinas já existem, mas cometem falhas demais. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente prática, mas descobertas recentes indicam que uma solução pode estar próxima.
Erros também aparecem em computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, com bits extras usados para detectar quando os 0s viram 1s por engano ou vice-versa. No mundo quântico, porém, o desafio é maior.
As leis da mecânica quântica impedem que informações sejam copiadas dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando dados por grupos de qubits – as unidades básicas desses computadores – e usando fenômenos exclusivos do ambiente quântico, como o emaranhamento, que ocorre quando partículas ficam ligadas. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor forma de criá-los e usá-los é importante para definir como eliminar os erros.
Um avanço recente 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 tornava o computador quântico caro e difícil de construir. Mas Xiayu Linpeng e sua equipe da Academia Internacional de Quântica na China 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. Esse qubit comete menos erros e consegue sinalizar automaticamente quando um erro acontece. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados via emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros ocultos.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computador quântico podem ser realizadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro muito baixas, com algumas falhas ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações.
Embora métodos assim capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão ter 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, como usar uma capa de chuva embaixo de 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 em qubits ociosos pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos faz diferença 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 de uma molécula de hidrogênio. A precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erro não são suficientes.
Inovações em programas de correção de erro serão determinantes para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. Segundo ele, os pesquisadores ainda estão na fase de aprender como todas as peças da correção de erro se encaixam. Os computadores quânticos ainda não operam de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia necessários surgirem.
