Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Essas máquinas já existem, mas cometem uma quantidade muito grande de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas avanços recentes sugerem que uma solução pode estar no horizonte.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, em que bits extras são usados para detectar quando 0s viram 1s incorretamente ou vice-versa. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informação dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância precisa ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos de construção dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem no ambiente quântico, como quando partículas ficam ligadas via emaranhamento quântico. 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 erros.
Um surto recente de progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito emocionante na correção de erros, pois pela primeira vez a teoria e a prática estão realmente se encontrando.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido que o número de qubits necessários para fazer 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 acontece. 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 alguns erros ocorrendo tão raramente quanto uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Embora abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão 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 central 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 aos qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A receita exata de como combinar qubits físicos em lógicos é muito 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 em programas de correção de erros será importante para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. Ele afirma 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 disso aparecerem.
