Um cientista da Universidade de Sydney conseguiu o que um especialista da indústria quântica descreveu como "algo que muitos pesquisadores pensaram ser impossível".

O Dr. Benjamin Brown, da Escola de Física, desenvolveu um tipo de código de correção de erros para computadores quânticos que irá liberar mais hardware para fazer cálculos úteis. Ele também fornece uma abordagem que permitirá que empresas como o Google e a IBM projetem microchips quânticos melhores.

Ele fez isso aplicando um código já conhecido que opera em três dimensões a uma estrutura bidimensional.

"O truque é usar o tempo como a terceira dimensão. Estou usando duas dimensões físicas e adicionando o tempo como a terceira dimensão, "Dr. Brown disse." Isso abre possibilidades que não tínhamos antes.

Sua pesquisa foi publicada hoje em Avanços da Ciência .

"É um pouco como tricô, "disse ele." Cada linha é como uma linha unidimensional. Você tricota fileira após fileira de lã e, hora extra, isso produz um painel bidimensional de material. "

Computadores quânticos tolerantes a falhas

Reduzir erros na computação quântica é um dos maiores desafios que os cientistas enfrentam antes que eles possam construir máquinas grandes o suficiente para resolver problemas úteis.

"Porque a informação quântica é tão frágil, produz muitos erros, "disse o Dr. Brown, pesquisador do University of Sydney Nano Institute.

Erradicar completamente esses erros é impossível, portanto, o objetivo é desenvolver uma arquitetura "tolerante a falhas" em que as operações de processamento úteis superem as operações de correção de erros.

"Seu celular ou laptop realizará bilhões de operações ao longo de muitos anos antes que um único erro acione uma tela em branco ou algum outro defeito. As operações quânticas atuais têm sorte de ter menos de um erro para cada 20 operações - e isso significa milhões de erros e hora, "disse o Dr. Brown, que também ocupa um cargo no ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems.

"Isso é um monte de pontos caídos."

A maioria dos blocos de construção dos computadores quânticos experimentais de hoje - bits ou qubits quânticos - é ocupada pela "sobrecarga" da correção de erros.

"Minha abordagem para suprimir erros é usar um código que opera na superfície da arquitetura em duas dimensões. O efeito disso é liberar uma grande parte do hardware da correção de erros e permitir que ele continue com as coisas úteis, "Dr. Brown disse.

Dra. Naomi Nickerson é diretora de arquitetura quântica da PsiQuantum em Palo Alto, Califórnia, e desconectado da pesquisa. Ela disse:"Este resultado estabelece uma nova opção para realizar portas tolerantes a falhas, que tem o potencial de reduzir significativamente a sobrecarga e aproximar a computação quântica prática. "

Caminho para computação universal

Start-ups como PsiQuantum, bem como as grandes empresas de tecnologia Google, IBM e Microsoft, estão liderando o desenvolvimento de tecnologia quântica em grande escala. É urgente encontrar códigos de correção de erros que permitirão que suas máquinas aumentem de escala.

Dr. Michael Beverland, pesquisador sênior da Microsoft Quantum e também desconectado da pesquisa, disse:"Este artigo explora um empolgante, abordagem exótica para realizar computação quântica tolerante a falhas, apontando o caminho para potencialmente alcançar a computação quântica universal em duas dimensões espaciais sem a necessidade de destilação, algo que muitos pesquisadores pensaram ser impossível. "

Os códigos bidimensionais que existem atualmente exigem o que o Dr. Beverland chama de destilação, mais precisamente conhecido como 'destilação de estado mágico'. É aqui que o processador quântico classifica os vários cálculos e extrai os úteis.

Isso consome muito hardware de computação apenas suprimindo os erros.

"Eu apliquei o poder do código tridimensional e adaptei-o à estrutura bidimensional, "Dr. Brown disse.

Dr. Brown tem estado ocupado este ano. Em março, ele publicou um artigo em um importante jornal de física Cartas de revisão física com colegas da EQUS e da University of Sydney. Nessa pesquisa, ele e seus colegas desenvolveram um decodificador que identifica e corrige mais erros do que nunca, alcançar um recorde mundial em correção de erros.

"Identificar os erros mais comuns é outra maneira de liberar mais poder de processamento para cálculos úteis, "Dr. Brown disse.

O professor Stephen Bartlett é co-autor desse artigo e lidera o grupo de pesquisa de teoria da informação quântica na Universidade de Sydney.

"Nosso grupo em Sydney está muito focado em descobrir como podemos aumentar os efeitos quânticos para que eles possam alimentar dispositivos de grande escala, "disse o Professor Bartlett, que também é Reitor Associado de Pesquisa na Faculdade de Ciências.

"O trabalho do Dr. Brown mostrou como fazer isso para um chip quântico. Esse tipo de progresso nos permitirá ir de pequenos números de qubits para números muito grandes e construir computadores quânticos ultrapoderosos que resolverão os grandes problemas de amanhã. "