Computadores quânticos só serão verdadeiramente úteis quando conseguirem corrigir seus próprios erros. Essas máquinas já são uma realidade, mas elas cometem uma quantidade excessiva de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, embora avanços recentes sugiram que uma solução possa estar próxima.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, em que bits extras são usados para detectar quando os valores 0 e 1 são trocados incorretamente. No mundo quântico, porém, isso é muito mais desafiador.
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 – as unidades básicas desses computadores – e utilizando fenômenos que só existem em ambientes quânticos, como o emaranhamento quântico que liga pares de partículas. 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 progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, afirma que é um momento muito empolgante para a correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente se conectando.
Um dos entraves tem sido o número alto de qubits físicos necessários para formar um único qubit lógico, o que torna todo o computador quântico caro e difícil de construir. Contudo, 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 criar um qubit maior que, além de cometer menos erros, consegue sinalizar automaticamente quando um erro ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados via emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros não detectados.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computação quântica podem ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com algumas falhas ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubit.
Ainda que abordagens como essas capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros ainda vão passar. 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 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 “impulsos” 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 realmente importante para alguns dos cálculos mais precisos, como descobriu David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas. Eles investigavam um algoritmo que determina a menor energia possível que uma molécula de hidrogênio pode ter. Nesse caso, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Para James Wootton da startup Moth Quantum, a inovação em programas de correção de erros será decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. Ele diz que ainda estamos em uma fase em que os pesquisadores estão aprendendo como todas as peças da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia para isso aparecerem.
