Os computadores quánticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Essas máquinas já existem, mas cometem falhas em excesso. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente prática, embora descobertas recentes sugiram que uma solução pode estar a caminho.
Erros também surgem nos computadores tradicionais, mas há técnicas bem estabelecidas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, na qual bits extras são usados para detectar quando os zeros e uns são trocados por engano. No mundo quántico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quántica proíbem a duplicação de informação dentro de um computador quántico. Por isso, a redundância precisa ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits, que são as unidades básicas desses computadores, e utilizando fenômenos que só existem no ambiente quántico, como o emaranhamento quântico que liga partículas. 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 avanço recente tem deixado os pesquisadores otimistas. É um momento muito animador na correção de erros. Pela primeira vez, a teoria e a prática estão realmente se encontrando, diz Robert Schoelkopf da Universidade de Yale.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos tem sido a necessidade de um número grande de qubits físicos para formar um único qubit lógico, o que torna o computador quántico caro e difícil de construir. Mas Xiayu Linpeng, da Academia Internacional de Quântica da 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, consegue sinalizar automaticamente quando um erro ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por emaranhamento quântico para aumentar o poder de cálculo sem erros sorrateiros.
A equipe de Schoelkopf também demonstrou recentemente como várias operações necessárias para programas de computação quântica podem ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com algumas falhas ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubit.
Ainda que abordagens como essa capturem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns erros ainda aparecerão. 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 inativo por muito tempo, pois isso faz com que ele perca suas propriedades quânticas especiais e se corrompa. A equipe mostrou que dar àqueles qubits inativos “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 realmente importante para alguns dos cálculos mais precisos, como descobriu 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. 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 determinante 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 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 aparecendo, afirma ele.
O avanço na correção de erros é uma área de pesquisa intensa, pois sem ela, tarefas complexas como a simulação de moléculas para novos medicamentos ou a quebra de criptografia permanecem fora do alcance. As diferentes abordagens, desde a criação de qubits lógicos mais eficientes até técnicas para manter a estabilidade dos qubits, representam vários caminhos sendo explorados simultaneamente pela comunidade científica. O progresso em laboratórios ao redor do mundo indica que, embora o desafio seja grande, as soluções estão sendo gradualmente desenvolvidas e testadas.
