Os computadores quânticos ainda não serão realmente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Embora já existam, eles cometem uma quantidade excessiva de erros. Este é considerado o maior obstáculo para que a tecnologia se torne de fato útil, mas avanços recentes indicam que uma solução pode estar a caminho.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas se baseiam na redundância, onde bits extras são usados para detectar quando 0s trocam para 1s incorretamente, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, 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 deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – as unidades básicas dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem nesse ambiente, como quando pares de partículas ficam ligadas pelo emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é determinante para eliminar os erros.
Uma onda recente de progressos deixou os pesquisadores otimistas. É um momento muito animador na correção de erros. Pela primeira vez, a teoria e a prática estão realmente entrando em contato, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido a grande quantidade de qubits físicos necessários para formar um 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 mostraram recentemente que isso não precisa ser assim.
Os pesquisadores descobriram que apenas dois qubits supercondutores podem ser combinados com um pequeno ressonador para formar 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 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.
Mesmo que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros 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.
A ideia principal é não deixar qubits ociosos por muito tempo, pois isso faz com que percam suas propriedades quânticas especiais e se corrompam. A equipe mostrou que dar “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos já registrado até hoje.
A receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos é realmente 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 nos 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 de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem, ele afirma.
Os avanços na correção de erros são um passo obrigatório para a próxima fase da computação quântica. A busca por qubits lógicos mais estáveis e eficientes continua a mobilizar equipes de pesquisa em todo o mundo, cada uma testando novas configurações físicas e protocolos de software. O objetivo comum é chegar a um ponto em que os erros sejam tão bem controlados que os cálculos complexos, como simulações de novos materiais ou reações químicas, possam ser realizados com confiança. Embora os desafios permaneçam, o caminho para computadores quânticos práticos parece mais claro com cada descoberta nessa área.
