Computadores quânticos dão um grande passo com avanço na correção de erros

Para que os computadores quânticos passem de curiosidades de pesquisa a dispositivos úteis na prática, os pesquisadores precisam controlar seus erros. Novas pesquisas da Microsoft e da Quantinuum deram agora um grande passo nessa direção.

Os computadores quânticos de hoje estão firmemente presos na era do “quântico ruidoso de escala intermediária” (NISQ). Embora as empresas tenham tido algum sucesso em amarrar um grande número de qubits juntos, eles são altamente suscetíveis a ruídos que podem degradar rapidamente seus estados quânticos. Isso torna impossível realizar cálculos com etapas suficientes para serem úteis na prática.

Embora alguns tenham afirmado que estes dispositivos ruidosos ainda poderiam ser colocados em uso prático, o consenso é que os esquemas de correção quântica de erros serão vitais para que todo o potencial da tecnologia seja realizado. Mas a correção de erros é difícil em computadores quânticos porque a leitura do estado quântico de um qubit causa seu colapso.

Os pesquisadores desenvolveram maneiras de contornar isso usando códigos de correção de erros que espalham cada bit de informação quântica por vários qubits físicos para criar o que é conhecido como qubit lógico. Isso fornece redundância e possibilita detectar e corrigir erros nos qubits físicos sem impactar as informações no qubit lógico.

O desafio é que, até recentemente, presumia-se que seriam necessários cerca de 1,000 qubits físicos para criar cada qubit lógico. Os maiores processadores quânticos de hoje têm apenas esse número de qubits, sugerindo que a criação de qubits lógicos suficientes para cálculos significativos ainda era um objetivo distante.

Isso mudou no ano passado, quando pesquisadores de Harvard e da startup QuEra mostraram que poderiam gerar 48 qubits lógicos de apenas 280 físicos. E agora a colaboração entre a Microsoft e a Quantinuum deu um passo além, mostrando que eles podem não apenas criar qubits lógicos, mas também usá-los para suprimir taxas de erro por um fator de 800 e realizar mais de 14,000 rotinas experimentais sem um único erro.

“O que fizemos aqui me dá arrepios”, Krysta Svore, da Microsoft disse New Scientist. “Mostramos que a correção de erros é repetível, funciona e é confiável.”

Os pesquisadores estavam trabalhando com o processador quântico H2 da Quantinuum, que depende da tecnologia de íons aprisionados e é relativamente pequeno, com apenas 32 qubits. Mas, ao aplicar códigos de correção de erros desenvolvidos pela Microsoft, eles foram capazes de gerar quatro qubits lógicos que apresentavam erros apenas a cada 100,000 execuções.

Uma das maiores conquistas, observa a equipe da Microsoft em um post de blog, foi o fato de serem capazes de diagnosticar e corrigir erros sem destruir os qubits lógicos. Isso se deve a uma abordagem conhecida como “extração de síndrome ativa”, que é capaz de ler informações sobre a natureza do ruído que impacta os qubits, em vez de seu estado, Svore disse IEEE Spectrum.

No entanto, o esquema de correção de erros tinha prazo de validade. Quando os pesquisadores realizaram múltiplas operações em um qubit lógico, seguidas de correção de erros, descobriram que na segunda rodada as taxas de erro eram apenas metade daquelas encontradas nos qubits físicos e na terceira rodada não houve impacto estatisticamente significativo.

E por mais impressionantes que sejam os resultados, a equipe da Microsoft aponta em seu blog que a criação de computadores quânticos verdadeiramente poderosos exigirá qubits lógicos que cometem erros apenas uma vez a cada 100 milhões de operações.

Independentemente disso, o resultado marca um grande salto nas capacidades de correção de erros, que a Quantinuum afirmou em um comunicado de imprensa representa o início de uma nova era na computação quântica. Embora isso possa ser um pouco precipitado, certamente sugere que os cronogramas das pessoas para quando alcançaremos a computação quântica tolerante a falhas podem precisar ser atualizados.

Crédito de imagem: Computador quântico Quantinuum H2 / Quantinuum

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• Fonte: https://singularityhub.com/2024/04/04/quantum-computers-take-a-major-step-with-error-correction-breakthrough/