Cientistas criam 'atalho' que acelera computadores quânticos em 1.000 vezes

Pesquisadores desenvolveram um método capaz de realizar determinadas operações de computadores quânticas mais de 1.000 vezes mais rápido do que técnicas utilizadas anteriormente. A estratégia reduz de milhares para apenas um os ciclos de controle necessários para executar algumas dessas operações.

O avanço pode ajudar a enfrentar um dos principais desafios dos computadores quânticos: a vulnerabilidade a erros. Quanto mais tempo uma operação demora, maior é a oportunidade para perturbações interferirem nas informações processadas.

O estudo teórico foi conduzido por pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, e da Universidade de Tianjin, na China. Os resultados foram publicados na revista Physical Review Letters.

Por que computadores quânticos ainda cometem tantos erros?

Os computadores tradicionais também estão sujeitos a falhas, mas já contam com métodos consolidados para detectar e corrigir problemas. Nos computadores quânticos, a situação é mais complexa porque os estados utilizados para armazenar informações são muito mais sensíveis.

Segundo Lei Du, pesquisador em Física Quântica Aplicada na Chalmers e autor principal do estudo, pequenas perturbações podem fazer um estado quântico se desviar do resultado pretendido. Se muitos erros se acumularem antes da correção, o cálculo pode falhar.

Para contornar essa dificuldade, pesquisadores estudam formas de proteger as informações sem impedir que elas sejam manipuladas durante os cálculos.

Informação quântica pode ser armazenada de outra forma

Uma dessas estratégias envolve os chamados códigos quânticos bosônicos. Em vez de armazenar a informação em qubits individuais, esses códigos podem codificá-la em campos de micro-ondas presentes em circuitos supercondutores.

Segundo os pesquisadores, essa abordagem já demonstrou oferecer maior proteção contra determinados tipos de erro.

O desafio está em criar e controlar os estados quânticos necessários. Técnicas anteriores podiam exigir milhares de ciclos de excitação e controle, aumentando o tempo da operação e a exposição a interferências.

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Método reduz milhares de ciclos para apenas um

A nova técnica propõe realizar uma ampla variedade dessas operações em um único ciclo de controle. Para isso, os pesquisadores utilizam as chamadas portas de rede quântica, blocos básicos que podem ser combinados para controlar estados quânticos bosônicos.

Lei Du compara o processo à montagem de um castelo de Lego. Em vez de construir a estrutura peça por peça, a nova abordagem permite utilizar módulos maiores já preparados. Na prática, isso elimina uma longa sequência de etapas repetidas e cria um caminho mais direto para atingir o estado quântico desejado.

Segundo o estudo, algumas operações podem, dessa forma, ser realizadas mais de mil vezes mais rápido do que com técnicas anteriores baseadas em ciclos repetidos. A redução do tempo também diminui o período no qual perturbações externas podem afetar as informações.

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Técnica pode funcionar em circuitos já existentes

O método foi pensado especialmente para computadores quânticos supercondutores, uma das tecnologias desenvolvidas atualmente para construir máquinas quânticas em maior escala.

Segundo os pesquisadores, uma vantagem é a possibilidade de implementar a técnica em plataformas de circuitos quânticos supercondutores que já existem. A Universidade de Chalmers também trabalha no desenvolvimento de um computador quântico de 100 qubits.

Apesar dos avanços, o estudo, porém, é teórico. Os pesquisadores afirmam que já discutem possíveis implementações experimentais e esperam que o método possa ser demonstrado em laboratório.

A expectativa é que a abordagem ajude a enfrentar um dos principais obstáculos da área: criar e controlar de maneira rápida e confiável estados quânticos capazes de participar de sistemas de correção de erros.