Computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Essas máquinas já existem, mas cometem uma quantidade excessiva de erros, o que é possivelmente o maior obstáculo para a tecnologia se tornar realmente prática. Avanços recentes, porém, indicam que uma solução pode estar próxima.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam na redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os valores 0 e 1 são trocados por engano. No mundo quântico, no entanto, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica impedem 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 fundamentais desses computadores – e utilizando fenômenos que só existem no ambiente quântico, como o emaranhamento quântico, que liga partículas em pares. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é central para determinar como eliminar os erros.
Uma onda recente de progressos 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 realmente se conectando.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido a necessidade de um grande número de qubits físicos para criar um único qubit lógico, o que torna 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 minúsculo ressonador para formar um qubit maior, que comete menos erros e pode sinalizar automaticamente quando um erro ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros sorrateiros.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computadores quânticos podem 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.
Apesar de abordagens como essas capturarem 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 sob 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 qubits lógicos é muito importante para alguns dos cálculos mais precisos. David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas descobriram isso ao investigar um algoritmo que determina a energia mais baixa possível que uma molécula de hidrogênio pode ter. A precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erro não são suficientes.
James Wootton da startup Moth Quantum diz que inovações em programas de correção de erro serão determinantes para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. Ele afirma que ainda estamos em uma fase onde os pesquisadores estão aprendendo como todas as peças da correção de erro se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia para isso aparecerem.
Outro ponto importante na evolução da computação quântica é a escalabilidade dos sistemas atuais. Aumentar o número de qubits de forma estável e controlada é um desafio de engenharia que diversos laboratórios e empresas estão tentando superar. Muitos dos experimentos bem-sucedidos acontecem em ambientes extremamente controlados, próximos do zero absoluto, o que impõe limitações práticas.
Além disso, há uma corrida para desenvolver diferentes tipos de qubits, como os baseados em íons presos, átomos neutros ou fótons, cada um com suas vantagens e pontos fracos em termos de tempo de coerência e facilidade de manipulação. A escolha da plataforma tecnológica pode influenciar diretamente a estratégia de correção de erros a ser adotada no futuro.
