Os computadores quânticos ainda não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Esta é possivelmente a maior barreira 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 existem técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s trocam incorretamente para 1s ou vice-versa. No mundo quântico, porém, isso é muito mais difícil.
As leis da mecânica quântica proíbem que a informação seja duplicada dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância deve ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos de construção dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem em ambientes quânticos, como quando pares de partículas ficam ligados 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 os erros.
Um surto recente de progresso deixou os pesquisadores otimistas. É um momento muito empolgante na correção de erros. Pela primeira vez, teoria e prática estão realmente fazendo contato, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos obstáculos para a correção quântica de erros 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 computadores quânticos 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 terão que 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 um casaco de chuva embaixo de um guarda-chuva.
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 fórmula 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 que uma molécula de hidrogênio pode ter. Lá, a precisão necessária é tão alta que métodos básicos de correção de erro não são suficientes.
Tal inovação em programas de correção de erros será decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos, diz James Wootton da startup Moth Quantum. 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 aparecendo, afirma ele.
O campo da computação quântica continua atraindo grandes investimentos e atenção global, com várias empresas e países competindo para atingir a supremacia quântica. Além dos desafios técnicos com a correção de erros, há também uma corrida para desenvolver algoritmos práticos e casos de uso que justifiquem o investimento em máquinas tão complexas e caras. A evolução do hardware, como a melhoria na estabilidade e no tempo de coerência dos qubits, é outro foco constante de pesquisa. A colaboração entre academia e indústria tem se mostrado vital para acelerar esses avanços, traduzindo descobertas científicas em próximos passos de engenharia.
