Este trabalho comprova a validade da abordagem baseada na correção de erros em computação quântica. Um grande progresso nesta disciplina revolucionária, mas ainda em sua infância.
Nos últimos anos, grandes progressos em várias disciplinas levaram a avanços notáveis na computação quântica. Mas, por enquanto, essa tecnologia ainda não está madura o suficiente para ser democratizada. Mas isso pode mudar graças ao trabalho de uma equipe americana que acaba de apresentar um notável avanço na estabilidade dos qbits.
Os bits são os primos quânticos dos bits encontrados na computação tradicional. Em um PC típico, essas subunidades lógicas fundamentais existem em um estado bem definido. Eles simplesmente assumem a forma de uma carga elétrica armazenada por um transistor que pode mudar de um estado para outro (0 ou 1).
Mas em um computador quântico, a situação é mais ambígua. Para armazenar informações, os qbits invocam as propriedades quânticas da matéria; seu funcionamento é baseado nas noções de emaranhamento e, sobretudo, de superposição quântica.
Muito comumente, o fenômeno da superposição permite que um sistema exista simultaneamente em vários estados. O emaranhamento, por outro lado, é um estado quântico em que duas partículas estão ligadas por um elo inextricável independente de sua distância. Tecnicamente, se uma das duas partículas sofrer a menor modificação, a outra metade do casal sofrerá exatamente os mesmos efeitos, mesmo que esteja localizada no outro extremo do universo. Para simplificar grosseiramente, a sutileza de um qbit é que ele pode existem como 0 e 1, ao contrário do bit clássico que tem que fazer uma escolha difícil entre os dois.
Um problema de consistência
Para realizar as operações, um computador quântico deve manter imperativamente esses qbits em estado de emaranhamento. Isso permite calcular o que os especialistas chamam de probabilidades de superposição. Infelizmente, é extremamente difícil manter essa situação ideal, muitas vezes chamada de consistência (veja nosso artigo).
De fato, os qbits também podem interagir com outros sistemas quânticos próximos. Cada uma dessas interações pode atrapalhar esse balé infinitamente delicado; quando ocorrem, o emaranhamento quântico tão importante nesse caso tende a entrar em colapso. Falamos então de decoerência.
Os pesquisadores estão explorando diferentes abordagens que podem corrigir esses pequenos erros em tempo real. Um pouco como já existe em certos tipos de chamadas ECC RAM. O problema é que esses sistemas de correção também podem introduzir erros adicionais. Isso tem o efeito de reduzir o tempo de vida real dos qbits.
É certo que houve alguns resultados encorajadores a este nível. Podemos citar um trio de experiências particularmente convincentes publicadas em janeiro de 2022 (veja nosso artigo abaixo). Mas, por enquanto, a maioria dos experimentos de correção ainda acelera a decoerência, ao contrário do que sugerem as previsões teóricas.
Ao perseguir erros, a computação quântica está se aproximando de um grande ponto de virada
Um qbit estável por uma duração recorde
O desafio é, portanto, encontrar um sistema de correção de erros capaz de preservar a coerência dos qbits. E é aí que entra Michael Devoret, professor de física aplicada em Yale. Com sua equipe, ele conseguiu fazer um qbit sobreviver em um sistema de correção por 1,8 milissegundos.
Este número pode parecer ridículo. Para efeito de comparação, isso é quase 100 vezes mais curto do que uma piscada média. Mas isso é realmente uma pequena façanha. Até agora, os pesquisadores nunca conseguiram manter um qbit consistente por mais de um milissegundo nessas condições! Nessa escala, esse famoso qbit exibia uma idade canônica.
Em resumo, Devoret e sua equipe dobraram o tempo de vida de um qbit em um sistema de correção de erros. ” Pela primeira vez temos mostrou que tornar o sistema mais redundante e detectar/corrigir erros poderia aumentar a resiliência da informação quântica “, ele explica.
A estrada real para um novo progresso
Se esse trabalho é tão importante, é porque a correção de erros é um dos últimos grandes obstáculos práticos ao progresso da computação quântica. Este grande avanço pode, portanto, levar a novos avanços muito concretos. ” Não é apenas uma simples prova de conceito. Nossa experiência mostra que correção de erros quânticos é uma ferramenta viável real na prática “, insiste.
Será, portanto, muito interessante observar o que outros pesquisadores irão construir com base neste trabalho no futuro. Eles provavelmente participarão do surgimento de novos sistemas cada vez mais eficientes e estáveis. Com tudo o que isso implica para a comunidade científica. ” Nosso experimento valida uma teoria chave da computação quântica, e é muito empolgante para o futuro da disciplina “, comemora Volodymyr Sivak, principal autor do estudo.
Mas esse sucesso não significa que os computadores quânticos serão democratizados da noite para o dia, longe disso. Porque nessas disciplinas avançadas, as revoluções técnicas são extremamente raras. É sempre a política dos pequenos passos que prevalece. Por exemplo, a equipe contou com muito trabalho exploratório feito ao longo de décadas. O próprio código de correção de erros, por exemplo, foi desenvolvido… em 2001.
” Ele coloca em perspectiva os atrasos que existem entre as propostas teóricas e as aplicações práticas em nossa disciplina. observa Devoret com pragmatismo. Portanto, será necessário esperar até que essa tecnologia atinja a maturidade. Vejo você em alguns anos (ou provavelmente décadas) para ver se este estudo de referência terá levado a um progresso concreto.
