Pesquisadores financiados pelo Exército e pela Força Aérea conjunta deram um passo rumo à construção de um computador quântico tolerante a falhas, que poderia fornecer recursos aprimorados de processamento de dados.

A computação quântica tem o potencial de fornecer novos recursos de computação para a forma como o Exército planeja lutar e vencer no que chama de operações de múltiplos domínios. Também pode avançar na descoberta de materiais, inteligência artificial, engenharia bioquímica e muitas outras disciplinas necessárias para o futuro militar; Contudo, porque qubits, os blocos de construção fundamentais dos computadores quânticos, são intrinsecamente frágeis, uma barreira de longa data para a computação quântica tem sido a implementação eficaz da correção de erros quânticos.

Pesquisadores da Universidade de Massachusetts Amherst identificaram uma maneira de proteger as informações quânticas de uma fonte de erro comum em sistemas supercondutores, uma das principais plataformas para a realização de computadores quânticos de grande escala. A pesquisa, publicado em Natureza , descobriram uma nova maneira de os erros quânticos serem corrigidos espontaneamente.

ARO é um elemento do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA, conhecido como DEVCOM, Laboratório de Pesquisa do Exército. AFOSR apóia pesquisa básica para a Força Aérea e Força Espacial como parte do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea.

"Esta é uma conquista muito empolgante, não apenas por causa do conceito fundamental de correção de erros que a equipe foi capaz de demonstrar, mas também porque os resultados sugerem que esta abordagem geral pode ser receptiva a implementações com alta eficiência de recursos, disse a Dra. Sara Gamble, gerente de programa de ciência da informação quântica, ARO. "A eficiência é cada vez mais importante à medida que os sistemas de computação quântica crescem em tamanho nas escalas de que precisaremos para as aplicações relevantes do Exército."

Os computadores de hoje são construídos com transistores que representam bits clássicos, um 1 ou 0. A computação quântica é um novo paradigma de computação usando bits ou qubits quânticos, onde a superposição quântica e o emaranhamento podem ser explorados para ganhos exponenciais no poder de processamento.

As demonstrações existentes de correção de erros quânticos estão ativas, o que significa que eles exigem a verificação periódica de erros e sua correção imediata. Isso exige recursos de hardware e, portanto, dificulta o dimensionamento dos computadores quânticos.

Em contraste, o experimento dos pesquisadores alcança a correção passiva de erros quânticos ajustando a fricção ou dissipação experimentada pelo qubit. Porque o atrito é comumente considerado o nêmesis da coerência quântica, este resultado pode parecer surpreendente. O truque é que a dissipação deve ser projetada especificamente de maneira quântica.

Esta estratégia geral é conhecida em teoria há cerca de duas décadas, mas uma maneira prática de obter tal dissipação e colocá-la em uso para correção de erros quânticos tem sido um desafio.

"A demonstração de tais abordagens não tradicionais esperançosamente estimulará ideias mais inteligentes para superar algumas das questões mais desafiadoras para a ciência quântica, "disse a Dra. Grace Metcalfe, oficial de programa para Quantum Information Science no AFOSR.

Esperando ansiosamente, pesquisadores disseram que a implicação é que pode haver mais caminhos para proteger os qubits de erros e fazê-lo de forma menos dispendiosa.

"Embora nosso experimento ainda seja uma demonstração bastante rudimentar, finalmente cumprimos esta possibilidade teórica contra-intuitiva de QEC dissipativo, "disse o Dr. Chen Wang, Físico da Universidade de Massachusetts Amherst. "Este experimento aumenta a perspectiva de construir um computador quântico tolerante a falhas útil a médio e longo prazo."