MADRID 28 fev. (EUROPA PRESS) -
Cientistas do Caltech descobriram como suprimir erros em computadores quânticos, um problema incômodo que continua sendo o maior obstáculo para a construção da tecnologia de computação quântica do futuro.
Os computadores quânticos, que dependem das propriedades aparentemente mágicas do reino quântico, são promissores para uso em muitos campos diferentes, incluindo medicina, ciência dos materiais, criptografia e física fundamental. No entanto, embora os computadores quânticos atuais possam ser úteis para estudar áreas específicas da física, ainda não é possível criar um computador quântico de uso geral capaz de resolver problemas mais avançados devido à sua sensibilidade inerente ao ruído. Vibrações, calor, interferência eletromagnética de telefones celulares e redes Wi-Fi, ou mesmo raios cósmicos e radiação do espaço sideral, podem tirar os qubits (bits quânticos) de seu estado quântico. Como resultado, os computadores quânticos cometem muito mais erros do que seus equivalentes clássicos.
O CAT QUBIT
Em um estudo publicado na Nature, uma equipe de cientistas do AWS Quantum Computing Lab da Caltech demonstra uma nova arquitetura de chip quântico com supressão de erros usando um tipo de qubit conhecido como qubit gato. Os qubits gato foram propostos pela primeira vez em 2001 e, desde então, os pesquisadores os desenvolveram e refinaram. Agora, a equipe da AWS criou o primeiro chip de qubit gato escalável que pode ser usado para reduzir eficientemente os erros quânticos. O novo chip de computação quântica, chamado Ocelot, recebeu esse nome em homenagem ao gato selvagem malhado, ao mesmo tempo em que se refere à tecnologia de "oscilador" interno que sustenta os qubits de gato.
"Para que os computadores quânticos sejam bem-sucedidos, precisamos que as taxas de erro sejam cerca de um bilhão de vezes melhores do que são hoje", disse Oskar Painter, professor de física aplicada da Caltech e diretor de hardware quântico da AWS, em um comunicado. "As taxas de erro foram reduzidas em um fator de dois a cada dois anos. Nesse ritmo, levaríamos 70 anos para chegar ao ponto em que precisamos estar. Em vez disso, estamos desenvolvendo uma nova arquitetura de chip que pode nos levar até lá mais rapidamente. Dito isso, este é um bloco de construção inicial. Ainda temos muito trabalho a fazer.
Os Qubits são baseados em 1s e 0s como os dos computadores clássicos, mas os 1s e 0s estão em um estado de superposição. Isso significa que eles podem assumir qualquer combinação de 1s e 0s simultaneamente. Isso também significa que eles são frágeis e podem sair da superposição com muita facilidade. "O que torna os qubits poderosos também os torna sensíveis a erros quânticos", diz Painter.
Os sistemas clássicos de computação digital têm uma maneira simples de lidar com erros. Basicamente, os projetistas desses sistemas usam bits redundantes extras para proteger os dados contra erros. Por exemplo, um único bit de informação é replicado em três bits, de modo que qualquer bit tenha dois parceiros de backup. Se um desses bits tiver um erro (mudar de 1 para 0 ou de 0 para 1) e os outros dois não tiverem sido alterados, um código simples (nesse caso, o que é chamado de código de repetição de três bits) poderá ser usado para detectar o erro e restaurar o bit externo.
Devido à complexidade da sobreposição encontrada nos qubits, eles podem apresentar dois tipos de erros: mudanças de bits, como nos sistemas digitais clássicos, e mudanças de fase, nas quais os estados de 1 e 0 do qubit estão fora de fase (ou fora de sincronia) entre si. Os pesquisadores desenvolveram muitas estratégias para lidar com os dois tipos de erros em sistemas quânticos, mas os métodos exigem que os qubits tenham um número significativo de parceiros de apoio. De fato, as tecnologias atuais de qubit podem exigir milhares de qubits adicionais para fornecer o nível desejado de proteção contra erros. Isso seria como se um jornal empregasse um grande grupo de verificadores de fatos para verificar a precisão de seus artigos, em vez de apenas uma pequena equipe. A sobrecarga dos computadores quânticos é excessiva e difícil de manejar.
"Estamos em uma busca de longo prazo para construir um computador quântico útil que faça coisas que nem mesmo os melhores supercomputadores conseguem fazer, mas ampliá-los é um grande desafio", diz o coautor do estudo Fernando Brand*o, Professor Universitário Bren de Física Teórica na Caltech e Diretor de Ciências Aplicadas na AWS. "Portanto, estamos testando novas abordagens para a correção de erros que reduzirão a sobrecarga."
O novo esquema da equipe baseia-se em um tipo de qubit formado por circuitos supercondutores feitos de osciladores de micro-ondas, nos quais os estados 1 e 0 que representam o qubit são definidos como duas amplitudes diferentes de oscilação em grande escala. Isso torna os estados do qubit muito estáveis e imunes a erros de inversão de bits. "Podemos pensar nos dois estados oscilantes como os de uma criança em um balanço, que balança em grande amplitude, mas balança para a esquerda ou para a direita. Um vento pode levantar e sacudir o balanço, mas a amplitude do balanço é tão grande que não é possível mudar rapidamente de uma direção para outra", explica Painter.
CORREÇÃO DE ATÉ 90%
De fato, o nome "cat" cubits refere-se à capacidade desses qubits de adotar dois estados muito grandes ou macroscópicos ao mesmo tempo, como o famoso gato do experimento mental de Erwin Schrödinger, que pode estar vivo e morto ao mesmo tempo.
Como os cat qúbits reduziram drasticamente os erros de inversão de bits, os únicos erros que restam para corrigir são os erros de inversão de fase. E a correção de apenas um tipo de erro significa que os pesquisadores podem usar um código de repetição como os usados para corrigir erros de inversão de bits em sistemas clássicos.
"Um código clássico como o código de repetição do Ocelot significa que os novos chips não precisarão de tantos cúbitos para corrigir erros", diz Brand*o. "Demonstramos uma arquitetura mais escalável que pode reduzir a quantidade de qúbits adicionais necessários para a correção de erros em até 90%."
Esta notícia foi traduzida por um tradutor automático