Microsoft e Quantinuum criam computador quntico com correo de erros usando qubits lgicos

Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/04/2024

Correo de erros na computao quntica

Seguindo um projeto feito por engenheiros da Microsoft, a fabricante de chips Quantinuum criou um processador quntico que d um passo enorme na soluo de um dos maiores entraves para a construo de computadores qunticos mais poderosos: a correo de erros.

As propriedades qunticas que permitem que esses computadores funcionem so extremamente frgeis. Com isto, os qubits perdem os dados to facilmente que os erros se tornam to frequentes que acabam drenando a to esperada supremacia quntica.

Embora j existam projetos de qubits de luz com correo de erros integrada, as duas empresas usaram o conceito de qubits lgicos, grupos de qubits fsicos interconectados atravs do entrelaamento quntico – como h muitas unidades fsicas compartilhando o mesmo dado, o sistema adquire uma capacidade de correo de erros.

A parceria das duas empresas avanou quando a equipe da Microsoft conseguiu otimizar seus prprios avanos na correo de erros, reduzindo em 10 vezes uma estimativa original de 300 qubits fsicos necessrios para criar quatro qubits lgicos, o mnimo para realizar tarefas de teste vlidas. Ao conseguir projetar quatro qubits lgicos com apenas 30 qubits fsicos, a tcnica ficou ao alcance do processador quntico H2 da Quantinuum, que tem 32 qubits.

Os quatro qubits lgicos geraram apenas 0,125% dos erros observados quando os 30 qubits funcionaram desagrupados.
[Imagem: Quantinuum]

Virtualizao de qubits

No final do ano passado, uma equipe da Universidade de Harvard e da empresa emergente QuEra apresentou um processador quntico tolerante a falhas com 48 qubits lgicos, o que 12 vezes mais do que nesta demonstrao.

A vantagem aqui a equipe conseguiu usar um qubit a menos por qubit lgico e o sistema gerou uma taxa de erros menor, atingindo o que a equipe da Microsoft chama de “Fase 2 de Resilincia”, o que no havia sido alcanado por nenhuma outra equipe.

Nesta primeira bateria de testes da virtualizao de qubits, a equipe rodou 14.000 rotinas de um algoritmo quntico sem erros, um resultado geral sem precedentes. O teste tambm serviu para demonstrar mltiplas rodadas de “extrao de sndrome ativa”, que uma capacidade essencial de correo de erros para medir e detectar a ocorrncia de erros sem destruir a informao quntica codificada no qubit lgico.

“Em 2025, apresentaremos um novo computador quntico da srie H, o Helios, que aproveita o melhor que a srie H tem a oferecer, melhorando tanto a contagem fsica de qubits quanto a fidelidade fsica. Isso levar ns e nossos usurios abaixo do limite para um conjunto mais amplo de cdigos de correo de erros, e tornar esse dispositivo capaz de suportar pelo menos 10 qubits lgicos altamente confiveis,” anunciou a Quantinuum.

geralmente aceito na comunidade cientfica que sero necessrios pelo menos 100 qubits lgicos para criar um computador quntico capaz de rodar programas que resolvam problemas do mundo real.

Entenda a correo de erros com qubits lgicos

Os componentes semicondutores usados na computao clssica tambm cometem erros, mas a tolerncia a falhas bem compreendida e fcil de ser resolvida: Basta copiar o valor de uma varivel, guardando-o em outra clula de memria, criando redundncia. O desenvolvimento de transistores extremamente robustos e com taxas de erros muito baixas tambm ajudou. Mas na computao quntica no possvel copiar os dados dessa maneira, e s agora comeamos a fabricar qubits.

Em termos tericos o problema da correo de erros na computao quntica j bem conhecido e vem sendo tratado por diversas abordagens. Por outro lado, os qubits atuais so incrivelmente delicados, sendo necessrio controlar os estados qunticos precisos de tomos individuais, algo que muito propenso a erros. Alm disso, h uma lei fundamental da fsica quntica conhecida como “teorema da no clonagem, que diz que no se pode simplesmente copiar qubits, o que significa que algumas das tcnicas usadas na correo de erros clssica no esto disponveis em mquinas qunticas.

Uma das solues mais promissoras envolve entrelaar grupos de qubits fsicos, criando assim um qubit lgico, armazenar as informaes nesse estado entrelaado e, ento lanar mo de funes complexas para realizar clculos com correo de erros. Todo esse processo feito com o nico propsito de chegar a um nvel de erros nos qubits lgicos que seja inferior aos erros nos qubits fsicos envolvidos.

No entanto, a implementao das tais “funes complexas” para correo quntica de erros exige um nmero significativo de operaes. Assim, a menos que a fidelidade fsica de cada qubit seja boa o suficiente, a implementao de um cdigo quntico de correo de erros adicionar mais rudo ao seu circuito do que eliminar. Mas, quando a fidelidade fsica for boa o suficiente (ou seja, quando a taxa de erro fsico estiver “abaixo do limite”), o cdigo de correo de erros de fato comear a ajudar, produzindo erros lgicos abaixo dos erros fsicos. Foi o que a equipe conseguiu agora.

“A conquista de hoje s foi possvel usando o computador quntico H2 da Quantinuum, com sua incomparvel fidelidade de porta de dois qubits de 99,8%; os 32 qubits em nossa arquitetura QCCD; e conectividade de qubit todos para todos. Com base no desempenho excepcional dos nossos sistemas atuais, continuaremos a inovar para tornar a computao quntica universal tolerante a falhas uma realidade mais cedo do que se imaginava,” disse Rajeeb Hazra, da Quantinuum.

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