Os computadores quânticos não serão realmente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Esta é, sem dúvida, a maior barreira para que a tecnologia se torne útil de fato, mas avanços recentes sugerem que uma solução pode estar a caminho.
Erros também aparecem nos computadores tradicionais, mas existem técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas se baseiam em redundância, onde bits extras são usados para detectar quando os 0s trocam incorretamente para 1s ou vice-versa. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
As leis da mecânica quântica proíbem a duplicação de informações dentro de um computador quântico. Por isso, a redundância precisa ser alcançada espalhando a informação por grupos de qubits – os blocos fundamentais dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem no cenário quântico, como o emaranhamento. 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 erros.
Um aumento recente no progresso 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 entrando em contato.
Um dos obstáculos tem sido que o número de qubits necessários para fazer um qubit lógico tende a 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 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 emaranhamento 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 poderiam ser implementadas com o mesmo tipo de qubit e taxas de erro excepcionalmente baixas, com alguns erros ocorrendo apenas 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, então 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.
A ideia principal é não deixar nenhum qubit ocioso por muito tempo, pois isso faz com que eles percam suas propriedades quânticas e se corrompam. A equipe mostrou que dar “chutes” extras de radiação eletromagnética a qubits ociosos pode criar o emaranhamento mais confiável entre qubits lógicos já registrado.
A forma exata de combinar qubits físicos em lógicos importa muito para alguns dos cálculos mais precisos. David Muñoz Ramo da empresa de computação quântica Quantinuum e seus colegas descobriram isso 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 erros não são suficientes.
James Wootton da startup Moth Quantum diz que tal inovação nos programas de correção de erros será decisiva para o sucesso ou fracasso dos computadores quânticos. 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.
Outro ponto relacionado é o investimento contínuo em pesquisa básica. A evolução da correção de erros quânticos depende não apenas de avanços teóricos, mas também de melhorias na fabricação e no controle dos qubits físicos. Grandes empresas de tecnologia e instituições acadêmicas ao redor do mundo estão competindo para demonstrar a chamada “supremacia quântica” prática, onde um computador quântico realiza uma tarefa inalcançável para máquinas clássicas de forma confiável. Enquanto isso não acontece de modo consistente, o foco permanece em tornar os sistemas atuais mais estáveis e menos propensos a falhas, um trabalho meticuloso que envolve física, ciência da computação e engenharia de precisão.
