Eletrônica

Primeiro chip quântico com correção de erro

Primeiro chip quântico com correção de erro
Fotografia do chip com sua matriz de nove qubits capazes de corrigir os próprios erros. [Imagem: Julian Kelly]

Erros quânticos

Pesquisadores da Universidade da Califórnia de Santa Bárbara, nos Estados Unidos, desenvolveram o primeiro circuito quântico capaz de corrigir seus próprios erros.

A correção de erros é vista como um dos principais entraves ao desenvolvimento da chamada "ciência da computação quântica" porque os qubits são extremamente sensíveis, perdendo facilmente os dados.

Julian Kelly e seus colegas construíram um circuito que verifica a ocorrência de erros nele próprio e corrige esses erros, preservando o estado dos qubits. Isto elimina a necessidade do uso de códigos de correção de erros, dando ao chip uma confiabilidade que os especialistas da área acreditavam que exigiria ainda vários anos de desenvolvimento.

Ao contrário da computação clássica, na qual os bits permanecem em um de dois estados binários ("sim/não" ou "falso/verdadeiro"), os qubits podem existir em qualquer e/ou em todas as posições simultaneamente, em diferentes dimensões.

É esta propriedade, chamada superposição, que dá aos computadores quânticos seu poder computacional fenomenal, mas também é esta característica que torna os qubits propensos a mudar de estado sob a menor influência externa.

"É difícil processar a informação se ela desaparece," disse Kelly.

Primeiro chip quântico com correção de erro
O sistema de correção de erro, baseado na paridade, lembra os cálculos do jogo Sudoku. [Imagem: J. Kelly et al - 10.1038/nature14270]

Checagem de paridade

O novo chip incorpora um esquema de correção de erro no qual vários qubits funcionam em conjunto para preservar a informação. Em vez de duplicar o dado, como nos computadores clássicos, o esquema usa a "paridade de informação", que mantém o dado original preservado, ou seja, sem ser lido.

"Você não pode medir um estado quântico e esperar que ele permaneça quântico," explica Rami Barends, membro da equipe. O simples ato de medir "trava" o qubit em um estado único, causando a perda da superposição.

Já a paridade de um qubit, de forma similar a um jogo Sudoku, é calculada medindo os qubits adjacentes, o que garante a confiabilidade da informação fazendo medições apenas ao seu redor - a matriz do novo chip possui nove qubits.

O chip mostrou-se capaz de corrigir os chamados erros de inversão dos valores do qubit, e agora a equipe pretende corrigir também o outro tipo de erro, complementar ao primeiro, chamado alteração de fase.

Bibliografia:

State preservation by repetitive error detection in a superconducting quantum circuit
J. Kelly, R. Barends, A. G. Fowler, A. Megrant, E. Jeffrey, T. C. White, D. Sank, J. Y. Mutus, B. Campbell, Yu Chen, Z. Chen, B. Chiaro, A. Dunsworth, I.-C. Hoi, C. Neill, P. J. J. O Malley, C. Quintana, P. Roushan, A. Vainsencher, J. Wenner, A. N. Cleland, John M. Martinis
Nature
Vol.: 519, 66-69
DOI: 10.1038/nature14270




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