O Google demonstra um passo vital em direção aos computadores quânticos de grande escala

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Computador quântico

Computador quântico Sycamore do Google

Rocco Ceselin / Google

O Google mostrou que seu computador quântico Sycamore pode detectar e corrigir erros computacionais, uma etapa essencial para a computação quântica em grande escala, mas seu sistema atual gera mais erros do que resolve.

A correção de erros é um recurso padrão para computadores comuns ou clássicos, que armazenam dados usando bits com dois estados possíveis: 0 e 1. Transmissão de dados com “bits de paridade” extras que avisam se 0 mudou para 1 ou vice-versa , significa que esses erros podem ser encontrados e corrigidos.

Na computação quântica, o problema é muito mais complexo, pois cada bit quântico, ou qubit, existe em um estado misto de 0 e 1, e qualquer tentativa de medi-los destrói diretamente os dados. Uma solução teórica de longa data para isso tem sido agrupar muitos qubits físicos em um único “qubit lógico”. Embora esses qubits lógicos tenham sido criados anteriormente, eles não tinham sido usados ​​para correção de erros até agora.

Julian Kelly, do Google AI Quantum, e seus colegas demonstraram o conceito no computador quântico Sycamore do Google, com qubits lógicos variando em tamanho de cinco a 21 qubits físicos, e descobriram que as taxas de erro de qubit lógico caíram exponencialmente para cada qubit físico adicional. A equipe foi capaz de fazer medições cuidadosas dos qubits extras que não colapsaram seu estado, mas, quando coletados, ainda deram informações suficientes para deduzir se os erros ocorreram.

Kelly diz que isso significa que é possível criar computadores quânticos práticos e confiáveis ​​no futuro. “Esta é basicamente a nossa primeira metade do caminho para demonstrar isso”, diz ele. “Uma maneira viável de obter computadores realmente em grande escala e tolerantes a erros. É uma espécie de olhar para o futuro para os dispositivos que queremos fazer no futuro. ”

A equipe conseguiu demonstrar esta solução conceitualmente mas um grande desafio de engenharia permanece. Adicionar mais qubits a cada qubit lógico traz seus próprios problemas, pois cada qubit físico é ele próprio suscetível a erros. A chance de um qubit lógico encontrar um erro aumenta à medida que o número de qubits dentro dele aumenta.

Há um ponto de equilíbrio nesse processo, conhecido como limite, em que os recursos de correção de erros detectam mais problemas do que o aumento nos qubits traz. Crucialmente, a correção de erros do Google ainda não atingiu o limite. Para fazer isso, serão necessários qubits físicos menos ruidosos que encontram menos erros e um número maior deles dedicado a cada qubit lógico. A equipe acredita que os computadores quânticos maduros precisarão de 1000 qubits para fazer cada qubit lógico – o Sycamore tem atualmente apenas 54 qubits físicos.

Peter Knight, do Imperial College London, diz que a pesquisa do Google é um progresso em direção a algo essencial para os computadores quânticos do futuro. “Se não pudéssemos fazer isso, não teríamos uma máquina de grande escala”, diz ele. “Aplaudo o fato de terem feito isso, simplesmente porque sem isso, sem esse avanço, você ainda terá a incerteza sobre se o roadmap para a tolerância a falhas era viável. Eles removeram essas dúvidas. ”

Mas ele diz que será um grande desafio de engenharia realmente atingir o limite e construir uma correção de erros eficaz, o que significaria construir um processador com muito mais qubits do que foi demonstrado até agora.

Referência do jornal: Natureza, DOI: 10.1038 / s41586-021-03588-y

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