Os computadores quânticos não serão verdadeiramente úteis até que possam corrigir seus próprios erros. Eles já são uma realidade, mas cometem um número excessivo de falhas. Este é possivelmente o maior obstáculo para que a tecnologia se torne realmente útil, mas descobertas recentes indicam que uma solução pode estar próxima.
Erros também surgem em computadores tradicionais, mas há técnicas consolidadas para corrigi-los. Elas dependem de redundância, onde bits extras são usados para detectar quando 0s se tornam 1s incorretamente, ou vice-versa. No mundo quântico, porém, o desafio é muito maior.
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 básicos dos computadores quânticos – e utilizando fenômenos que só existem nesse ambiente, como quando pares de partículas se conectam por meio do emaranhamento quântico. Esses grupos de qubits são chamados de qubits lógicos, e descobrir a melhor forma de construí-los e usá-los é determinante para saber como eliminar os erros.
Um avanço rápido e recente 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 se conectando.
Um dos entraves para a correção de erros quânticos 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, além de cometer menos erros, consegue sinalizar automaticamente um erro quando ele ocorre. Eles foram além e mostraram como três desses qubits podem ser agrupados por emaranhamento quântico para aumentar o poder de computação sem erros ocultos.
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 algumas falhas ocorrendo apenas uma vez em um milhão de manipulações de qubits.
Apesar de abordagens como essa detectarem muitos erros, computadores quânticos úteis precisarão conter milhares de qubits lógicos, o que significa que alguns ainda vão surgir. 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 uma capa de chuva embaixo de um guarda-chuva.
A ideia principal é não deixar nenhum qubit ocioso 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 hoje entre qubits lógicos.
A receita exata de como combinar qubits físicos em qubits lógicos é muito 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 que uma molécula de hidrogênio pode ter. A precisão necessária é tão alta que os 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. 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 efetivamente sem erros, mas estamos começando a ver os fundamentos de engenharia disso aparecerem.
Além do foco principal na correção de erros, a evolução dos computadores quânticos depende de avanços paralelos em outras áreas. A estabilidade dos qubits é um ponto crítico, pois são partículas extremamente sensíveis a interferências externas. Pesquisadores também buscam desenvolver novos materiais que permitam a operação desses sistemas em temperaturas mais altas, o que reduziria drasticamente os custos e a complexidade. A escalabilidade é outro desafio persistente, já que aumentar o número de qubits mantendo a coerência quântica é uma tarefa complexa. Investimentos públicos e privados continuam a impulsionar a pesquisa na área, com empresas e governos competindo para alcançar a chamada supremacia quântica de forma prática e comercialmente viável.
