Os computadores quânticos ainda não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Essas máquinas já são uma realidade, mas cometem uma quantidade excessiva de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne útil de fato, embora descobertas recentes sugiram que uma solução possa estar a caminho.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas existem técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, na qual bits extras são usados para detectar quando os valores 0 e 1 são trocados por engano. No entanto, no mundo quântico, isso é muito mais complexo.
As leis da mecânica quântica impedem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – as unidades básicas desses computadores – e utilizando fenômenos que só existem no ambiente quântico, como o emaranhamento quântico, que conecta partículas. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar os erros.
Um avanço recente tem deixado os pesquisadores otimistas. É um momento muito empolgante na correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente entrando em contato, afirma Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido a necessidade de um número grande de qubits físicos para formar 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, além de cometer menos erros, 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 sorrateiros.
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 algumas falhas ocorrendo tão raramente quanto uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Ainda que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão 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 embaixo de um guarda-chuva.
A ideia principal é não deixar que nenhum qubit fique ocioso por muito tempo, pois isso faz com que ele perca suas propriedades quânticas especiais e se corrompa. A equipe mostrou que dar “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o emaranhamento 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, 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. Ali, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Esse tipo de inovação em programas de correção de erros será importante 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 peças da correção de erros se encaixam, afirma. Os computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecerem.
O progresso na construção de qubits lógicos mais estáveis continua a ser um ponto central de pesquisa no campo. Vários laboratórios ao redor do mundo estão testando diferentes arquiteturas de hardware, desde íons presos até pontos quânticos de silício, na busca por reduzir as taxas de erro. Cada avanço, mesmo que incremental, ajuda a compor o cenário para que a correção de erros se torne prática. O caminho até um computador quântico tolerante a falhas é longo, mas os resultados experimentais já obtidos dão suporte ao otimismo de que os desafios técnicos poderão ser superados com o tempo e com investimento contínuo.
