Steve Brierley argumenta que os computadores quânticos devem implementar técnicas abrangentes de correção de erros antes que possam se tornar totalmente úteis para a sociedade
“Não há argumentos persuasivos indicando que serão encontradas aplicações comercialmente viáveis que não usar códigos quânticos de correção de erros e computação quântica tolerante a falhas.” Assim afirmou o físico do Caltech John Preskill durante uma palestra no final do 2023 na reunião Q2B23 na Califórnia. Muito simplesmente, qualquer pessoa que queira construir um computador quântico prático precisará encontrar uma maneira de lidar com os erros.
Os computadores quânticos estão a tornar-se cada vez mais poderosos, mas os seus blocos de construção fundamentais – bits quânticos, ou qubits – são altamente propensos a erros, limitando a sua utilização generalizada. Não basta simplesmente construir computadores quânticos com mais e melhores qubits. Desbloquear todo o potencial das aplicações de computação quântica exigirá novas ferramentas de hardware e software que possam controlar qubits inerentemente instáveis e corrigir erros de sistema de forma abrangente 10 bilhões de vezes ou mais por segundo.
As palavras de Preskill anunciaram essencialmente o início do chamado Correção de Erros Quânticos (QEC) era. CQ não é uma ideia nova e as empresas vêm desenvolvendo há muitos anos tecnologias para proteger as informações armazenadas em qubits contra erros e decoerência causados pelo ruído. A novidade, no entanto, é desistir da ideia de que os atuais dispositivos barulhentos de escala intermediária (NISQ) poderiam superar os supercomputadores clássicos e executar aplicações que atualmente são impossíveis.
Claro, NISQ – um termo cunhado por Preskill – foi um importante trampolim na jornada para a tolerância a falhas. Mas a indústria quântica, os investidores e os governos devem agora perceber que a correção de erros é o desafio que define a computação quântica.
Uma questao de tempo
A QEC já viu um progresso sem precedentes apenas no ano passado. Em 2023 Google demonstrou que um sistema de 17 qubits poderia se recuperar de um único erro e um sistema de 49 qubits de dois erros (Natureza 614 676). Amazon lançou um chip que suprimiu erros 100 vezes, enquanto Cientistas da IBM descobriu um novo esquema de correção de erros que funciona com 10 vezes menos qubits (arXiv: 2308.07915). Então, no final do ano, o Quera, spin-out quântico da Universidade de Harvard, produziu o maior número até agora qubits corrigidos por erros .
A decodificação, que transforma muitos qubits físicos não confiáveis em um ou mais qubits “lógicos” confiáveis, é uma tecnologia central de QEC. Isso ocorre porque os computadores quânticos em grande escala gerarão terabytes de dados a cada segundo que precisam ser decodificados tão rápido quanto são adquiridos para impedir a propagação de erros e tornar os cálculos inúteis. Se não decodificarmos rápido o suficiente, seremos confrontados com um acúmulo de dados exponencialmente crescente.
A estratégia quântica nacional do Reino Unido é um plano em que todos podemos acreditar
Minha própria empresa – Riverlane – lançada no ano passado o decodificador quântico mais poderoso do mundo. Nosso decodificador está resolvendo esse problema de atraso, mas ainda há muito mais trabalho para fazer. A empresa está atualmente desenvolvendo “decodificadores de streaming” que podem processar fluxos contínuos de resultados de medição à medida que chegam, e não após a conclusão de um experimento. Depois de atingirmos essa meta, há mais trabalho a fazer. E os decodificadores são apenas um aspecto do QEC – também precisamos de “sistemas de controle” de alta precisão e alta velocidade para ler e escrever os qubits.
À medida que os computadores quânticos continuam a crescer, estes descodificadores e sistemas de controlo devem trabalhar em conjunto para produzir qubits lógicos livres de erros e, até 2026, Riverlane pretende ter construído um descodificador adaptativo ou em tempo real. As máquinas atuais são capazes apenas de realizar algumas centenas de operações sem erros, mas os desenvolvimentos futuros funcionarão com computadores quânticos capazes de processar um milhão de operações quânticas sem erros (conhecidas como MegaQuOp).
Riverlane não está sozinha em tais empreendimentos e outras empresas quânticas estão agora priorizando o QEC. A IBM não trabalhou anteriormente na tecnologia QEC, concentrando-se em mais e melhores qubits. Mas a empresa Roteiro quântico para 2033 afirma que a IBM pretende construir uma máquina de 1000 qubits até o final da década que seja capaz de realizar cálculos úteis – como simular o funcionamento de moléculas catalisadoras.
Quera, entretanto, revelou recentemente seu roteiro que também prioriza QEC, enquanto o Estratégia Nacional Quântica do Reino Unido visa construir computadores quânticos capazes de executar um trilhão de operações livres de erros (TeraQuOps) até 2035. Outras nações publicaram planos semelhantes e uma meta para 2035 parece alcançável, em parte porque a comunidade de computação quântica está começando a mirar em operações menores e incrementais – mas igualmente ambiciosos – objetivos.
Definindo o cenário para um mercado quântico: onde os negócios quânticos estão e como eles podem se desdobrar
O que realmente me entusiasma na Estratégia Quântica Nacional do Reino Unido é a meta de ter uma máquina MegaQuOp até 2028. Novamente, esta é uma meta realista – na verdade, eu até diria que alcançaremos o regime MegaQuOp mais cedo, e é por isso que A solução QEC da Riverlane, Deltaflow, estará pronta para funcionar com essas máquinas MegaQuOp até 2026. Não precisamos de nenhuma física radicalmente nova para construir um computador quântico MegaQuOp – e tal máquina nos ajudará a entender e traçar melhor o perfil dos erros quânticos.
Depois de entendermos esses erros, podemos começar a corrigi-los e prosseguir para as máquinas TeraQuOp. O TeraQuOp é também uma meta flutuante – e uma meta em que melhorias tanto no QEC como noutros locais poderiam resultar na concretização da meta para 2035 alguns anos antes.
É apenas uma questão de tempo até que os computadores quânticos sejam úteis para a sociedade. E agora que temos um foco coordenado na correção de erros quânticos, chegaremos a esse ponto crítico mais cedo ou mais tarde.
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/
