Os computadores quânticos, embora avancem rapidamente em tamanho e potencial, enfrentam um obstáculo crítico: erros. À medida que estas máquinas se tornam mais poderosas, a taxa de erros ameaça torná-las impraticáveis. Agora, os pesquisadores demonstraram um método para reciclar e reutilizar qubits, melhorando sua confiabilidade e tornando mais viáveis cálculos complexos.
O problema do erro na computação quântica
Os computadores quânticos existentes lutam com a precisão. Eles são muito propensos a erros para cálculos úteis do mundo real que superam os computadores tradicionais. Embora os esquemas de correção de erros estejam em desenvolvimento, um grande desafio permanece: criar qubits de alta qualidade suficientes para executar os cálculos e rastrear esses erros.
A abordagem padrão divide os qubits em dois grupos: aqueles que manipulam dados (os qubits computacionais) e aqueles que monitoram erros (qubits auxiliares). Construir o suficiente de qualquer tipo é difícil. Uma nova estratégia se concentra na redução do número de qubits auxiliares necessários, reutilizando-os repetidamente.
Método de reciclagem da Atom Computing
Pesquisadores da Atom Computing mostraram que qubits auxiliares podem ser reciclados até 41 vezes consecutivas. Isso é crucial porque cálculos complexos exigem muitas rodadas de correção de erros, o que significa que, de outra forma, seria necessário um fornecimento constante de novos qubits. A equipe, liderada por Matt Norcia, conseguiu isso com átomos de itérbio resfriados até perto do zero absoluto usando lasers e pulsos eletromagnéticos.
Eles organizaram seu computador quântico em três zonas:
- Zona de Computação: 128 qubits executam os cálculos.
- Zona de rastreamento de erros: 80 qubits medem e substituem qubits errados.
- Zona de armazenamento: 75 qubits são mantidos em estado pronto para reutilização.
Esta configuração permite que a equipe redefina os qubits anteriores ou troque-os por outros novos, conforme necessário.
Desafios e controle de precisão
O sucesso deste método depende de extrema precisão. A luz dispersa dos lasers pode interromper a função do qubit, então os pesquisadores desenvolveram um controle de laser ajustado e estados de qubit de dados ajustados para resistir a interferências indesejadas. Este nível de controlo é vital porque sem ele, mesmo cálculos modestos exigiriam milhões ou milhares de milhões de qubits – uma exigência impossível para o hardware atual.
Implicações mais amplas para o progresso quântico
A capacidade de reutilizar qubits não se limita à computação Atom. Yuval Boger, do QuEra, enfatiza que esse recurso é fundamentalmente importante para o progresso da computação quântica. Outros pesquisadores, incluindo os de Harvard e do MIT, usaram métodos semelhantes com átomos de rubídio para manter cálculos quânticos por horas. Até mesmo computadores quânticos baseados em íons, como a máquina Helios da Quantinuum, podem reutilizar qubits.
“A reutilização de Ancilla não é mais apenas um recurso desejável; está se tornando uma necessidade para dimensionar a computação quântica”, diz Norcia.
Este avanço representa um passo crítico na construção de computadores quânticos práticos e confiáveis, capazes de resolver problemas além do alcance das máquinas clássicas.
