By Kenna publicado em 12 de setembro de 2022
Um dos maiores desafios no desenvolvimento de um computador quântico é o erro correçãon. Erros dentro da computação quântica são bastante comuns, principalmente devido ao ruído ambiental e à fragilidade geral do sistema. Esses erros podem causar medições imprecisas e distorcer os resultados da programação quântica. Muitas empresas, como IBM e Google, estão trabalhando em maneiras de corrigir esses erros ou recalibrar os computadores quânticos para serem mais à prova de erros. Em um novo papel de Natureza das Comunicações, uma equipe da Universidade de Princeton oferece um método alternativo para correção de erros, observando um sistema conhecido como “erro de apagamento”.
O que é Correção de Erros Quânticos (QEC)?
Como os qubits, as unidades centrais de um computador quântico, são bastante frágil, eles são suscetíveis a erros. “O problema central agora na computação quântica é obter qubits de alta fidelidade suficientes para implementar a correção de erros quânticos”, explicou Jeffrey Thompson, professor associado da Universidade de Princeton e principal pesquisador do estudo em entrevista ao Por dentro da tecnologia quântica. Para a maioria dos tipos de correção de erros quânticos (CQ), um algoritmo é usado para identificar e corrigir erros no computador quântico. Embora esses algoritmos sejam baseados em abordagens matemáticas, eles estão longe de serem perfeitos. Como explicou Thompson: “Em padrão correção de erros quânticos, você deve determinar os locais e tipos de erros que ocorreram em seus qubits, a partir de um conjunto limitado de observações, conhecido como medições de síndrome”. Embora essas medições de síndrome sejam úteis para identificar erros, elas nem sempre levam a uma correção de erro bem-sucedida. “A correção de erros falha quando você não tem informações suficientes para fazer essas determinações de forma inequívoca, o que ocorre quando há muitos erros”, acrescentou Thompson.
Encontrando Erro de Apagamento
Em vez de corrigir esse problema reduzindo o número total de erros, Thompson e sua equipe trabalharam para facilitar a identificação dos erros. Eles descobriram isso quase por acidente enquanto estudavam a estrutura do qubit de itérbio. Os dois elétrons na camada externa do itérbio pareciam ser a chave para ajudar na correção de erros. Mergulhando nas causas físicas do erro, os pesquisadores conseguiram desenvolver um sistema onde a fonte do erro apaga ou elimina, os dados imprecisos. O sistema de apagamento funcionou ligando os erros quânticos à mudança de energia nos elétrons externos. Thompson chama esse sistema específico de “erro de apagamento” e pode ajudar a mostrar onde os dados são imprecisos. “Um erro de 'apagamento' é um tipo especial de sempre que revela sua própria localização, então você pode usar mais informações da síndrome para descobrir o tipo de erro”, disse Thompson. “Isso permite que você lide com mais erros e, portanto, aumente o desempenho da correção de erros.” Erros de apagamento são bastante comuns na computação clássica, mas só agora são considerados na computação quântica.
Usando erros de apagamento, os pesquisadores descobriram que sua nova técnica poderia resistir a uma 4.1% taxa de erro, que é viável para computadores quânticos atuais. Os sistemas anteriores só podiam suportar uma taxa de erro de 1% antes de serem sobrecarregados com uma porcentagem maior de erro. Thompson acredita que essa porcentagem mais alta pode tornar um computador quântico maior com mais qubits uma realidade provável. “Se você tiver qubits com tendência a erros de apagamento, não precisará de tantos e eles podem ter um desempenho pior”, acrescentou Thompson. “Para certos intervalos de parâmetros, os qubits com viés de eliminação podem exigir 10 x ou até 100x menos qubits para atingir um certo nível de desempenho QEC em comparação com os qubits convencionais”. Para muitas empresas que buscam ampliar seus computadores quânticos, um sistema de erro de apagamento pode ser a chave para atingir esses objetivos. “Pode ser possível redesenhar sutilmente os qubits existentes para conseguir isso”, disse Thompson. “Há muito interesse nessa ideia.”
Kenna Hughes-Castleberry é redatora da Inside Quantum Technology e comunicadora científica da JILA (uma parceria entre a University of Colorado Boulder e o NIST). Suas batidas de escrita incluem tecnologia profunda, metaverso e tecnologia quântica. Você pode encontrar mais de seu trabalho em seu site: https://kennacastleberry.com/
