Os computadores baseados na física quântica prometem resolver certos problemas muito mais rápido do que seus equivalentes convencionais. Ao utilizar qubits - que podem ter mais do que apenas os dois valores de bits comuns - os computadores quânticos do futuro podem realizar simulações complexas e resolver problemas difíceis em química, otimização e reconhecimento de padrões.

Mas construir um grande computador quântico - um com milhares ou milhões de qubits - é difícil porque os qubits são muito frágeis. Pequenas interações com o ambiente podem introduzir erros e levar a falhas. Detectar esses erros não é simples, uma vez que as medições quânticas são uma forma de interação e, portanto, também interrompem os estados quânticos. A física quântica apresenta outra ruga, também:não é possível simplesmente copiar um qubit para backup.

Os cientistas descobriram maneiras inteligentes de detectar erros e evitar que se espalhem. Mas por enquanto, um protocolo de detecção de erro completo não foi testado em experimentos, em parte devido à dificuldade de criar interações controladas entre todos os qubits necessários.

Agora, em um artigo recente publicado em Avanços da Ciência , pesquisadores do Joint Quantum Institute testaram um procedimento completo para codificar um qubit e detectar alguns dos erros que ocorrem durante e após a codificação. Eles aplicaram um esquema que distribuiu a informação de um qubit entre quatro íons de itérbio aprisionados - eles próprios também qubits - usando um qubit de quinto íon para ler se certos erros ocorreram. Os íons fornecem um rico conjunto de interações, que permitiu aos cientistas vincular o qubit do quinto íon com os outros quatro à vontade - um requisito comum de detecção de erros ou esquemas de correção. Com esta abordagem, os cientistas detectaram quase todos os erros de íon único, realizando mais de 5000 execuções do procedimento completo de codificação e medição para vários estados quânticos diferentes. Adicionalmente, a codificação em si não parecia introduzir erros em vários íons ao mesmo tempo, um recurso que poderia ter significado a desgraça para a detecção e correção de erros em íons.

Embora o resultado seja um passo inicial em direção a memórias quânticas e computadores quânticos maiores, os autores dizem que demonstra o potencial dos esquemas de proteção qubit com íons aprisionados e abre o caminho para a detecção de erros e, eventualmente, a correção de erros em uma escala maior.