Computadores quânticos só serão realmente úteis quando conseguirem corrigir seus próprios erros. Esta é, sem dúvida, a maior barreira para que a tecnologia se torne prática, mas descobertas recentes indicam que uma solução pode estar a caminho.
Erros também aparecem em computadores tradicionais, mas existem técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, usando bits extras para detectar quando os valores 0 e 1 são trocados por engano. 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 deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos fundamentais dos computadores quânticos – e usando fenômenos que só existem no ambiente quântico, como quando partículas ficam ligadas por entrelaçamento 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.
Um aumento recente no progresso deixou os pesquisadores otimistas. Robert Schoelkopf, da Universidade de Yale, afirma que é um momento muito empolgante 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 o grande número de qubits físicos necessário para formar um único qubit lógico, o que torna o computador quântico caro e difícil de construir. No entanto, 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 não só comete menos erros, como também sinaliza automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por entrelaçamento quântico para aumentar o poder computacional sem erros sorrateiros.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computador quântico podem ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo apenas uma vez a cada um milhão de manipulações de qubit.
Apesar de abordagens como essa detectarem 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 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 ele perca suas propriedades quânticas e se corrompa. A equipe mostrou que dar “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o entrelaçamento mais confiável até hoje entre qubits lógicos.
A forma exata de combinar qubits físicos em lógicos é muito 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 de uma molécula de hidrogênio. A precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erros não são suficientes.
Inovações em programas de correção de erros serão decisivas 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 de forma eficaz sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
A busca por métodos eficientes de correção de erros continua a mobilizar a comunidade científica e empresas do setor. Os avanços em hardware, como a criação de qubits mais estáveis, e em software, com novos algoritmos de correção, são dois lados da mesma moeda. O foco atual é tornar os qubits lógicos não apenas mais precisos, mas também escaláveis, para que possam ser reproduzidos em larga escala. A integração entre diferentes plataformas quânticas, como íons aprisionados e supercondutores, também é um campo de estudo ativo para encontrar a solução mais robusta. O caminho para um computador quântico prático e livre de erros é longo, mas cada descoberta nessa área representa um passo concreto em sua direção.
