Construir um computador quântico universal é uma tarefa desafiadora por causa da fragilidade dos bits quânticos, ou qubits para breve. Para lidar com este problema, vários tipos de correção de erros foram desenvolvidos. Os métodos convencionais fazem isso por meio de técnicas de correção ativa. Em contraste, pesquisadores liderados pelo Prof. David DiVincenzo da Forschungszentrum Jülich e da RWTH Aachen University, junto com parceiros da Universidade de Basel e QuTech Delft, agora propuseram um projeto para um circuito com correção passiva de erros. Tal circuito já estaria inerentemente protegido contra falhas e poderia acelerar significativamente a construção de um computador quântico com um grande número de qubits.

A fim de codificar informações quânticas de forma confiável, usualmente, vários qubits imperfeitos são combinados para formar o chamado qubit lógico. Códigos de correção de erros quânticos, ou códigos QEC para abreviar, assim, é possível detectar erros e, posteriormente, corrigi-los, de modo que a informação quântica seja preservada por um longo período de tempo.

Em princípio, as técnicas funcionam de maneira semelhante ao cancelamento de ruído ativo em fones de ouvido:Em uma primeira etapa, qualquer falha é detectada. Então, uma operação corretiva é executada para remover o erro e restaurar as informações à sua forma pura original.

Contudo, a aplicação de tal correção de erro ativa em um computador quântico é muito complexa e vem com um uso extensivo de hardware. Tipicamente, eletrônicos complexos de correção de erros são necessários para cada qubit, tornando difícil construir circuitos com muitos qubits, conforme necessário para construir um computador quântico universal.

O projeto proposto para um circuito supercondutor, por outro lado, tem um tipo de correção de erros embutida. O circuito é projetado de tal forma que já está inerentemente protegido contra ruídos ambientais, embora ainda seja controlável. O conceito, portanto, ignora a necessidade de estabilização ativa de uma maneira altamente eficiente em hardware, e seria, portanto, um candidato promissor para um futuro processador quântico de grande escala que tem um grande número de qubits.

"Implementando um girador - um dispositivo de duas portas que acopla a corrente em uma porta à voltagem na outra - entre dois dispositivos supercondutores (chamados de junções Josephson), poderíamos dispensar a demanda de detecção e estabilização de erro ativo:quando resfriado, o qubit é inerentemente protegido contra tipos comuns de ruído, "disse Martin Rymarz, um Ph.D. aluno do grupo de David DiVincenzo e primeiro autor do artigo, publicado em Revisão Física X.

"Espero que nosso trabalho inspire esforços no laboratório; reconheço que isso, como muitas de nossas propostas, pode estar um pouco à frente de seu tempo ", disse David DiVincenzo, Diretor fundador do JARA-Institute for Quantum Information da RWTH Aachen University e diretor do Institute of Theoretical Nanoelectronics (PGI-2) do Forschungszentrum Jülich. "No entanto, dada a experiência profissional disponível, reconhecemos a possibilidade de testar nossa proposta em laboratório em um futuro próximo ”.

David DiVincenzo é considerado um pioneiro no desenvolvimento de computadores quânticos. Entre outras coisas, seu nome está associado aos critérios que um computador quântico deve cumprir, os chamados 'critérios DiVincenzo'.