Detalhes do computador quântico QuEra baseado em átomos super-resfriados
Que Era
Algoritmos chamados códigos fantasmas poderiam ajudar os computadores quânticos a executar programas complexos sem erros, superando um grande obstáculo para tornar esta tecnologia amplamente útil.
No início, alguns físicos duvidaram que os computadores quânticos seriam úteis porque pensaram que os dispositivos eram demasiado propensos a erros que seriam difíceis de corrigir. Atualmente, vários tipos de computadores quânticos existem e têm sido utilizados para descoberta e exploração científica. No entanto, embora tenham sido feitos progressos, os investigadores não conseguiram reduzir completamente este problema de erro.
Muitos programas populares de correção de erros permitem que computadores quânticos armazenem informações sem erros, mas apresentam dificuldades computacionais, disse ele Shayan Majidi na Universidade de Harvard.
Para encontrar uma solução, ele e seus colegas se concentraram em cálculos que incluíam muitas etapas computacionais, o que tornava sua execução demorada e ineficiente, e corria o risco de introduzir erros adicionais.
Os computadores quânticos são feitos de unidades físicas chamadas qubits, mas esses cálculos envolvem qubits lógicos, ou grupos de qubits que compartilham informações para reduzir as taxas de erro. Para uma computação livre de erros, os dispositivos normalmente precisam manipular qubits lógicos – por exemplo, disparando lasers ou microondas contra qubits físicos – para fazer com que dois ou mais deles se enredem ou alterem suas propriedades quânticas.
Os códigos fantasmas permitem que muitos qubits lógicos sejam emaranhados sem qualquer ação física necessária – daí o nome “fantasmas”. Em termos práticos, isto significa que todo o cálculo requer menos ações desse tipo, aumentando a eficiência e reduzindo a probabilidade de erros.
Majidy e seus colegas usaram simulações de computador para testar o código fantasma em duas tarefas: configurar estados qubit especiais frequentemente usados em computação e emular modelos de brinquedo de materiais quânticos. Eles descobriram que, por exigir menos manipulação física, sua abordagem produzia resultados 100 vezes mais precisos do que os programas convencionais de correção de erros.
O código fantasma não pode ajudar todos os programas de computação quântica, disse Majidy, mas é excelente em situações em que a computação já exige muito emaranhamento. Eles não criam complicações do nada, diz ele, mas, em vez disso, fazem uso do que já existe. “Não é um almoço grátis. É apenas um almoço que já existe e não vamos comê-lo”, disse ele.
Marco Howard da Universidade de Galway, na Irlanda, dizem que escolher um código de correção de erros para uma tarefa de computação quântica é como escolher uma armadura – a armadura de placas pode fornecer mais proteção do que a cota de malha, ao custo de ser mais pesada e menos flexível. O código fantasma oferece flexibilidade, mas, assim como a cota de malha, também tem desvantagens, como exigir mais qubits do que as abordagens tradicionais, disse Howard. Por causa disso, eles poderiam ser usados para algumas sub-rotinas específicas de programas de computação quântica, mas é improvável que sejam uma solução completa para o problema dos erros do computador quântico, disse ele.
Dominic Williamson da Universidade de Sydney, na Austrália, disse que permanece uma questão em aberto como os códigos fantasmas competem com outros métodos de correção de erros, o que pode depender em parte de desenvolvimentos futuros em hardware de computação quântica.
Majidy disse que sua equipe tem colaborado estreitamente com colegas que estão construindo computadores quânticos a partir de átomos muito frios. Ele espera que o aprendizado com códigos fantasmas, combinado com insights sobre o que os qubits podem fazer na prática, leve a novas estratégias nas quais os programas de computação quântica serão mais especificamente adaptados a tarefas e implementações específicas.
Tópico:
