Computação quântica sem erros é demonstrada na prática

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2022

Impressão artística das operações em bits quânticos lógicos, que são protegidos de falhas.
[Imagem: Uni Innsbruck/Harald Ritsch]

Qubits lógicos

Lukas Postler e seus colegas da Universidade de Innsbruck, na Áustria, construíram o primeiro processador quântico que executa qualquer cálculo sem erros.

A correção de erros é um dos principais entraves à construção de computadores quânticos com aplicações práticas porque os qubits são inerentemente suscetíveis a distúrbios e, portanto, provavelmente sempre exigirão mecanismos de correção de erros - e não é só da perda de um dado que estamos falando, mas da possibilidade de que os erros se propaguem descontroladamente no sistema.

Todas as operações realizadas por um processador quântico podem ser divididas em computações mais simples, feitas pelas chamadas portas quânticas, que podem envolver pegar dois resultados e gerar um outro, ou inverter o valor de um bit, entre várias outras. Em outras palavras, as portas são blocos de construção para cálculos mais complicados.

Postler criou um conjunto de portas que mantêm até mesmo os mais complexos cálculos livres de erros.

Essa porta universal foi implementada em um processador quântico de armadilha de íons, composto por 16 qubits na forma de átomos de cálcio presos por lasers. Mas, em vez de armazenar um dado em cada qubit - o que gera muitos erros - a informação quântica foi armazenada de forma distribuída em dois qubits lógicos, cada um composto por sete átomos.

A seguir, os pesquisadores implementaram operações nos qubits lógicos de forma que os erros causados pelas operações físicas subjacentes também possam ser detectados e corrigidos, o que pode ser feito graças à grande redundância.

Armadilha de íons, onde ficam aprisionados os qubits.
[Imagem: Matthias Brandl/University of Innsbruck]

Computação quântica tolerante a falhas

Além de implementar a primeira computação quântica tolerante a falhas, a equipe fez isso em um conjunto de portas lógicas universais.

"A implementação tolerante a falhas requer mais operações do que operações não tolerantes a falhas. Isso introduzirá mais erros na escala de átomos únicos, no entanto as operações experimentais nos qubits lógicos são melhores do que as operações lógicas não tolerantes a falhas. O esforço e a complexidade aumentam, mas a qualidade resultante é melhor," disse o professor Thomas Monz.

Com isto, estão agora demonstrados experimentalmente todos os blocos de construção necessários para a computação tolerante a falhas em um computador quântico. A tarefa agora é implementar esses métodos em computadores quânticos maiores e, portanto, mais úteis.

A equipe garante que os métodos que eles usaram em seu processador quântico de armadilha de íons também podem ser usados em outras arquiteturas para computadores quânticos.

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