Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Embora já existam, eles cometem falhas em excesso. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne útil de fato, mas descobertas recentes indicam que uma solução pode estar a caminho.
Erros também surgem 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 por engano ou vice-versa. No entanto, no mundo quântico, isso é muito mais difícil.
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 básicos dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem nesse ambiente, como quando pares de partículas ficam ligadas por emaranhamento quântico. 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.
Um avanço rápido recente 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 encontrando.
Um dos problemas para a correção quântica tem sido que o número de qubits necessários para formar um qubit lógico costuma ser grande, 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 criar um qubit maior que, ao mesmo tempo, comete menos erros e pode sinalizar automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles foram além e demonstraram como três desses qubits podem ser agrupados por emaranhamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros despercebidos.
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 algumas falhas ocorrendo apenas uma vez a cada um milhão de manipulações de qubit.
Ainda que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis terão de 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 um casaco de chuva debaixo de um guarda-chuva.
A ideia principal é não deixar nenhum qubit inativo 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 agora entre qubits lógicos.
A forma exata de como combinar qubits físicos em lógicos é realmente importante para alguns dos cálculos mais precisos, como descobriram David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas ao investigar um algoritmo que determina a menor energia possível que uma molécula de hidrogênio pode ter. Ali, 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 decisiva 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 partes da correção de erros se encaixam. Os computadores quânticos ainda não podem operar de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
