Computadores quânticos só serão verdadeiramente úteis quando puderem corrigir seus próprios erros. Eles já existem, mas cometem uma quantidade excessiva de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne de fato útil, porém avanços recentes indicam que uma solução pode estar a caminho.
Erros também surgem em computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas se baseiam em redundância, onde bits extras são usados para detectar quando 0s trocam para 1s ou vice-versa. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informações dentro de um computador quântico. Assim, 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 contexto quântico, como quando partículas ficam ligadas 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 central para determinar como eliminar os erros de maneira eficaz.
Uma onda recente de progresso tem deixado pesquisadores otimistas. É um período muito empolgante na correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente entrando em contato, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos entraves para a correção quântica de erros tem sido que o número de qubits necessários para formar 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 comete menos erros e pode sinalizar automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles deram mais um passo ao mostrar 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 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 qubit.
Ainda que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis terão de conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns 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 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 receita exata de como 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 que uma molécula de hidrogênio pode ter. Ali, 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 determinante 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. Computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver as bases de engenharia disso aparecerem, afirma ele.
Além dos avanços em hardware, a pesquisa em software e algoritmos tolerantes a falhas também avança. Cientistas buscam desenvolver códigos que funcionem mesmo com imperfeições nos qubits, o que poderia antecipar aplicações práticas antes que a correção de erros perfeita seja alcançada. Esse trabalho paralelo é visto como complementar à busca por qubits lógicos mais estáveis.
