Vários bits quânticos foram combinados em um “qubit lógico” para detectar erros
Erros acontecem – especialmente em computadores quânticos. Os frágeis bits quânticos, ou qubits, que compõem as máquinas são notoriamente sujeitos a erros, mas agora os cientistas mostraram que podem consertar as falhas.
Os computadores que controlam as regras da mecânica quântica mostram-se promissores para fazer cálculos muito fora do alcance dos computadores padrão. Mas sem um mecanismo para consertar os erros dos computadores, as respostas que um computador quântico solta poderiam ser gobbledygook.
Combinar o poder de vários qubits em um só pode resolver os problemas de erro, relatam os pesquisadores em 4 de outubro na Nature. Os cientistas usaram nove qubits para fazer um único qubit melhorado chamado qubit lógico, que, ao contrário dos qubits individuais dos quais foi feito, pode ser testado para verificar se há erros.
“Esta é uma demonstração fundamental no caminho para construir um computador quântico em grande escala”, diz o físico quântico Winfried Hensinger da Universidade de Sussex em Brighton, Inglaterra, que não esteve envolvido no novo estudo.
Ainda assim, esse caminho continua sendo longo, diz Hensinger. Para fazer cálculos complexos, os cientistas terão que aumentar drasticamente o número de qubits nas máquinas. Mas agora que os cientistas mostraram que podem manter os erros sob controle, diz ele, “nada nos impede de construir um computador quântico útil”.
Em um qubit lógico, as informações são armazenadas de forma redundante. Isso permite que os pesquisadores verifiquem e corrijam erros nos dados. “Se um pedaço dele sumir, você pode reconstruí-lo a partir de outros pedaços, como Voldemort”, diz o físico quântico David Schuster, da Universidade de Chicago, que não esteve envolvido com a nova pesquisa. (O vilão de Harry Potter manteve sua alma a salvo, escondendo-a em vários objetos chamados Horcruxes.)
No novo estudo, quatro qubits auxiliares adicionais fizeram interface com o qubit lógico, a fim de identificar erros em seus dados. Os computadores quânticos do futuro poderiam fazer cálculos usando qubits lógicos no lugar dos qubits defeituosos originais, verificando e corrigindo repetidamente quaisquer erros que surgissem.
Para fazer seu qubit lógico, os pesquisadores usaram uma técnica chamada código Bacon-Shor, aplicando-o a qubits feitos de íons de itérbio pairando sobre um chip de captura de íons dentro de um vácuo, que são manipulados com lasers. Os pesquisadores também projetaram sequências de operações para que os erros não se multipliquem de forma incontrolável, o que é conhecido como “tolerância a falhas”.
Graças a esses esforços, o novo qubit lógico teve uma taxa de erro menor do que a dos componentes mais defeituosos que o compunham, diz o físico quântico Christopher Monroe, da Universidade de Maryland em College Park e Duke University.
No entanto, a equipe não concluiu todo o processo previsto para a correção de erros. Enquanto o computador detectou os erros que surgiram, os pesquisadores não os corrigiram e continuaram com os cálculos. Em vez disso, eles corrigiram os erros após a conclusão do computador. Em um exemplo completo, os cientistas detectariam e corrigiriam erros várias vezes em tempo real.
Demonstrar a correção de erros quânticos é uma necessidade para a construção de computadores quânticos úteis. “É como atingir a criticidade com a fissão [nuclear]”, diz Schuster. Depois que essa barreira da ciência nuclear foi ultrapassada em 1942, ela levou a tecnologias como a energia nuclear e as bombas atômicas.
À medida que os computadores quânticos gradualmente se aproximam da utilidade prática, as empresas estão investindo nos dispositivos. Empresas de tecnologia como IBM, Google e Intel hospedam grandes empreendimentos de computação quântica. Em 1º de outubro, uma empresa de computação quântica cofundada por Monroe, chamada IonQ, abriu o capital; Monroe conversou com a Science News durante uma viagem para tocar o sino de abertura na Bolsa de Valores de Nova York.
O novo resultado sugere que a correção de erros quânticos completa está quase aqui, diz o co-autor Kenneth Brown, um engenheiro quântico também na Duke University. “Isso realmente mostra que podemos juntar todas as peças e fazer todas as etapas.”
Publicado em 11/10/2021 02h12
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