Até os computadores quânticos cometem erros. Sua capacidade de computação é extraordinária, excedendo de longe o dos computadores clássicos. Isso ocorre porque os circuitos em computadores quânticos são baseados em qubits que podem representar não apenas zeros ou uns, mas também sobreposições de ambos os estados usando os princípios da mecânica quântica. Apesar de seu grande potencial, qubits são extremamente frágeis e sujeitos a erros devido às interações com o ambiente externo.

Para resolver este problema crucial, um grupo de pesquisa internacional desenvolveu e implementou um novo protocolo que protege informações quânticas frágeis e corrige erros devido à perda de qubit. Este grupo de pesquisa publicou os resultados de seu estudo em Natureza .

"O desenvolvimento de um processador quântico totalmente funcional ainda representa um grande desafio para cientistas de todo o mundo, "explica Davide Vodola, que é um dos autores do estudo e também investigador da Universidade de Bolonha." Esta investigação permitiu-nos, pela primeira vez, para implementar um protocolo que pode detectar e, ao mesmo tempo, corrigir erros devido à perda de qubit. Essa capacidade pode vir a ser essencial para o desenvolvimento futuro de computadores quânticos de grande escala. "

Sabemos que os processadores quânticos apresentam uma certa tolerância contra erros computacionais. Mas sabemos muito pouco sobre como prevenir e corrigir erros devido à perda total ou parcial de qubits.

Quando os computadores quânticos elaboram os dados, alguns qubits podem ser completamente perdidos dos registradores quânticos ou podem fazer a transição para estados eletrônicos indesejados. O resultado de ambos os processos é uma perda que pode inutilizar o processador quântico. Por esta razão, conceber técnicas baseadas em teoria e experimentais que podem analisar e mitigar as consequências desses erros é extremamente importante.

“Para resolver este problema, a primeira coisa que nosso grupo de pesquisa fez foi desenvolver uma abordagem teórica eficaz para o problema, "diz Vodola." Conseguimos mostrar que as informações armazenadas em um registro com alguns qubits podem ser protegidas e totalmente recuperadas no caso de um desses qubits se perder. "

Então, o grupo de pesquisa implementou este protocolo em um processador quântico da vida real. Isso não foi fácil, Contudo. De fato, para avaliar se um qubit é perdido, uma medição direta destruirá todas as informações contidas no registro quântico.

O grupo de pesquisa veio com a solução de usar um qubit adicional que funciona como uma sonda e pode avaliar a presença ou ausência de outros qubits sem alterar o processo de computação. Essa ideia funcionou, permitindo aos pesquisadores testar com sucesso seu protocolo em tempo real.

"Estamos felizes com os resultados deste teste no processador quântico de íons presos da Universidade de Innsbruck, "confirma Vodola." O mesmo protocolo pode ser implementado em diferentes arquiteturas de computadores quânticos que estão atualmente em desenvolvimento por outros centros de pesquisa ou instituições privadas. "