Computadores quânticos só serão realmente úteis quando conseguirem corrigir seus erros. Essa é, sem dúvida, a maior barreira para que a tecnologia se torne útil, mas descobertas recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também aparecem em computadores tradicionais, mas existem técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas se baseiam na redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s viram 1s por engano, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais difícil.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informações dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos básicos dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem em ambientes quânticos, como quando pares de partículas ficam ligadas pelo emaranhamento quântico.
Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos. Descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é importante para determinar como eliminar os erros.
Um avanço recente deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, diz que é um momento muito animador na correção de erros, pois, pela primeira vez, a teoria e a prática estão realmente se encontrando.
Um dos obstáculos para a correção de erros quânticos tem sido a necessidade de um número grande de qubits 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 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, além de cometer menos erros, pode sinalizar automaticamente um erro quando ele acontece. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por emaranhamento quântico para aumentar o poder de computação 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 muito baixas, com alguns erros ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubit.
Embora abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns ainda aparecerão. Por isso, Arian Vezvaee da startup Quantum Elements e seus colegas testaram uma maneira 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 eles percam suas propriedades quânticas especiais e se corrompam. A equipe mostrou que dar a qubits ociosos “chutes” extras de radiação eletromagnética pode criar o emaranhamento mais confiável até agora entre qubits lógicos.
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 de uma molécula de hidrogênio. Lá, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erro 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. Segundo ele, 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 os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
A busca por soluções para a correção de erros também envolve desafios práticos de escalabilidade. Os métodos atuais demandam muitos recursos físicos, o que limita o tamanho e a complexidade dos cálculos possíveis. Pesquisadores ao redor do mundo continuam a explorar novas arquiteturas de qubits e protocolos de correção mais eficientes.
Outro ponto de atenção é a integração entre o hardware e o software quântico. O desenvolvimento de algoritmos tolerantes a falhas precisa avançar em conjunto com as melhorias nos componentes físicos. A cooperação entre acadêmicos e a indústria tem se mostrado fundamental para acelerar esse progresso e testar as teorias em máquinas reais.
