Um dos obstáculos no caminho dos sistemas quânticos programáveis é a natureza probabilística dos cálculos obtidos em computadores quânticos. Existem muitas maneiras de corrigir erros, mas todas são complexas e caras. Contornar o obstáculo é prometido por pesquisadores na Suíça, que pela primeira vez conseguiram corrigir de forma rápida e contínua erros em sistemas quânticos digitais.
Fonte da imagem: ETH Zurique
Um grupo de cientistas da Escola Técnica Superior Suíça de Zurique (ETH Zurique) projetou e implementou na prática uma plataforma quântica criogênica com uma unidade de correção automática de erros. Um artigo sobre o trabalho foi publicado no recurso ArXiv.org e aguarda revisão para publicação em uma das publicações científicas.
«A demonstração de que erros em um computador quântico que usa bits quânticos (qubits) podem ser corrigidos rápida e repetidamente é um avanço para um computador quântico prático ”, confirmou Andreas Wallraff, professor do Departamento de Física e Diretor do Centro Quântico da ETH Zurique.
Para correção de erro confiável de cálculos quânticos, os pesquisadores usaram o chamado código de superfície, quando os qubits são formados em matrizes bidimensionais de qubits lógicos e físicos, quando a informação sobre o estado de um qubit lógico é distribuída na forma de estados de vários qubits físicos. Acredita-se que esta seja a única maneira de corrigir simultaneamente ambos os tipos de erros fundamentais nos cálculos quânticos: com inversões de bits aleatórias e com inversões de fase aleatórias.
Fonte da imagem: ETH Zurique
Para o experimento, um chip foi feito de 17 qubits supercondutores. Desse número, 9 qubits foram arranjados na forma de uma matriz 3 × 3 e representaram um qubit lógico – na verdade, é um bit, se você comparar com um computador clássico. Os 8 qubits restantes, localizados com um deslocamento em relação à matriz, serviram como um mecanismo de detecção e correção de erros.
Se, na arquitetura proposta, uma perturbação distorcendo a informação ocorresse em um qubit lógico, o sistema reconhecia como um erro. Para corrigir o erro, a eletrônica de controle fez uma alteração no sinal de medição até que a informação fosse restaurada. Há um truque nesse mecanismo, que os próprios pesquisadores admitem. Eles não corrigem o erro do estado do qubit, mas fazem ajustes no sinal obtido do qubit.
Fonte da imagem: ETH Zurique
«Não estamos corrigindo erros diretamente nos qubits agora ”, admite Sebastian Krinner, cientista do grupo de Walraff e principal autor do estudo com Nathan Lacroix. “Mas a maioria das operações aritméticas nem mesmo precisa disso.”
Como próximo passo, os pesquisadores querem criar um chip com uma rede de cinco qubits, o que requer uma tecnologia correspondentemente mais sofisticada e incluirá mais qubits para correção de erros. A solução do grupo parece muito complicada à primeira vista, mas as alternativas são ainda piores. Por exemplo, de acordo com um estudo do Google, para eliminar completamente os erros na computação quântica, 1000 qubits físicos devem ser alocados para cada qubit lógico.