Computadores quânticos ainda não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Estas máquinas já existem, mas cometem uma quantidade muito grande de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne de fato útil, embora descobertas recentes sugiram que uma solução pode estar próxima.
Erros também surgem em computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s se tornam 1s incorretamente, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais difícil.
As leis da mecânica quântica proíbem que informações sejam duplicadas 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 no ambiente quântico, como quando partículas ficam interligadas por meio do emaranhamento quântico.
Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar os erros. Um progresso recente tem deixado os pesquisadores otimistas. É um período muito animador para a correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente entrando em contato, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos problemas para a correção de erros quânticos tem sido que o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico tende a ser grande, 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, ao mesmo tempo, 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 meio do emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional 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 alguns erros 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 uma capa de chuva debaixo de um guarda-chuva.
A ideia principal é não deixar nenhum qubit ocioso por muito tempo, pois isso faz com que eles percam suas propriedades quânticas especiais e se corrompam. A equipe mostrou que dar à qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos até hoje.
A forma exata de como combinar qubits físicos em lógicos é muito importante para alguns dos cálculos mais precisos, como David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas descobriram 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.
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. Ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as partes da correção de erros se encaixam. Computadores quânticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecendo, afirma ele.
Os avanços na correção de erros são um passo obrigatório para que a computação quântica atinja todo o seu potencial prático. Várias empresas e instituições acadêmicas competem para desenvolver métodos mais eficientes, tornando essa área uma das mais dinâmicas da pesquisa tecnológica atual. O progresso contínuo nesse campo indicará quando poderemos esperar aplicações reais e transformadoras dessa tecnologia.
