Físicos estendem vida útil do Qubit na validação fundamental da computação quântica: WebCuriosos

A computação quântica promete ser uma ferramenta revolucionária, simplificando o trabalho de equações que os computadores clássicos teriam dificuldade em completar. No entanto, o carro-chefe do dispositivo quântico, conhecido como qubit, é um objeto delicado, sujeito ao colapso.

Manter qubits suficientes em seu estado ideal por tempo suficiente para cálculos tem se mostrado um desafio até agora.

Em um novo experimento, os cientistas conseguiram manter um qubit nesse estado por duas vezes mais tempo do que o normal. Ao longo do caminho, eles demonstraram a praticidade de correção de erro quântico (QEC), um processo que mantém as informações quânticas intactas por mais tempo, introduzindo espaço para redundância e remoção de erros.

A ideia do QEC existe desde meados dos anos 90mas agora foi demonstrado que funciona em tempo real. Parte da razão do sucesso do experimento foi a introdução de algoritmos de IA de aprendizado de máquina para ajustar a rotina de correção de erros.

“Pela primeira vez, mostramos que tornar o sistema mais redundante e detectar e corrigir ativamente erros quânticos proporcionou um ganho na resiliência da informação quântica”, diz o físico Michel Devoret, da Universidade de Yale em Connecticut.

Qubits são objetos porque existem em uma mistura de estados quânticos. Onde objetos clássicos podem ter estados absolutos, a versão de um qubit do mesmo estado seria melhor descrita usando probabilidade. À medida que um qubit interage com outros qubits, suas probabilidades ficam emaranhadas de maneiras computacionalmente úteis.

Infelizmente, não são apenas outros qubits que podem entrelaçar seus estados com um objeto não decidido. Tudo no ambiente funciona como “ruído”, influenciando potencialmente essas probabilidades delicadas e abrindo espaço para erros.

Parte da razão pela qual os cientistas têm lutado para implementar o QEC é porque ele pode introduzir seus próprios erros. O espaço extra concedido para correção de erros pode tornar o qubit ainda mais vulnerável à interferência do ambiente circundante.

Como muitos experimentos de física quântica, este foi realizado em temperaturas ultrabaixas – cem vezes mais frias que o espaço sideral, neste caso. A configuração deve ser cuidadosamente controlada para proteger o qubit tanto quanto possível.

O qubit com correção de erros durou 1,8 milissegundos – apenas um piscar de olhos, como poderíamos experimentar, mas um intervalo impressionante para um qubit operando no nível quântico. Agora a equipe de pesquisa poderá refinar ainda mais o processo.

“Nosso experimento mostra que a correção quântica de erros é uma ferramenta realmente prática”, diz Devoret. “É mais do que apenas uma demonstração de prova de princípio.”

Embora os cientistas estejam a fazer avanços significativos no desenvolvimento de computadores quânticos – e há computadores quânticos rudimentares em uso atualmente – ainda há um longo caminho a percorrer antes que todo o potencial da tecnologia seja concretizado.

Reduzir o ruído, melhorar a estabilidade e atualizar a correção de erros desempenharão um papel importante na aproximação de computadores quânticos práticos e em grande escala que todos possam usar.

Neste caso, o avanço deveu-se a vários factores diferentes, e não a uma única mudança. O código QEC era, na verdade, de 2001, mas melhorias nele, bem como atualizações no processo de fabricação de circuitos quânticos, fizeram a diferença.

“Não há um único avanço que tenha permitido este resultado”, diz Volodymyr Sivak, cientista pesquisador do Google e ex-Universidade de Yale. “Na verdade, é uma combinação de um monte de tecnologias diferentes que foram desenvolvidas nos últimos anos, e que combinamos neste experimento.”

“Nosso experimento valida uma suposição fundamental da computação quântica, e isso me deixa muito entusiasmado com o futuro deste campo.”

A pesquisa foi publicada em Natureza.