Quando
resfriado a uma fração acima do zero absoluto, os quatro elementos escuros no
centro do circuito no meio desta imagem podem representar dados digitais usando
efeitos da mecânica quântica.
Um
novo chip supercondutor desenvolvido pela IBM
demonstra um importante passo necessário para o desenvolvimento dos
computadores quânticos. Se desenvolvido com sucesso, os computadores quânticos
poderiam efetivamente tomar atalhos através de muitos cálculos que são difíceis
para os computadores de hoje.
O
novo chip da IBM é o primeiro a
integrar os dispositivos básicos necessários para construir um computador
quântico, conhecido como qubits, em uma rede 2D. Pesquisadores acham que uma
das melhores rotas para fazer um computador quântico prático implicaria a
criação de redes de centenas ou milhares de qubits que trabalham em conjunto.
Os
circuitos do chip da IBM são feitos a
partir de metais que se tornam supercondutor quando resfriados a temperaturas
extremamente baixas. O chip da IBM contém apenas a rede mais simples possível,
quatro qubits em uma matriz dois-por-dois. Anteriormente os pesquisadores tinham
mostrado que eles só poderiam operar qubits juntos quando dispostos em uma
linha. Ao contrário de bits binários convencionais, um qubit pode inserir um ‘estado de superposição’ onde é
efetivamente 0 e 1, ao mesmo tempo. Quando qubits nesse estado trabalham
juntos, eles podem cortar através de cálculos complexos de maneiras impossíveis
para hardwares convencionais. Google, NASA, Microsoft, IBM, e o governo dos EUA
estão trabalhando na tecnologia.
Existem
maneiras diferentes de fazer qubits, os circuitos supercondutores usados pela
IBM e Google são um dos mais promissores. No entanto, todos os qubits sofrem do
fato de que os efeitos quânticos que utilizam para representar os dados são muito
susceptíveis a interferência. Muito trabalho atual está focada em mostrar que
pequenos grupos de qubits podem detectar quando erros ocorrem para que eles
possam ser contornados ou corrigidos.
No
início deste ano, pesquisadores da Universidade da Califórnia em Santa Barbara
e do Google anunciaram a construção de um chip com nove qubits supercondutores
dispostos em uma linha (clique
aqui). Alguns dos qubits do sistema podem detectar quando companheiros no
dispositivo sofrem um tipo de erro chamado bit-flip,
onde um qubit representando um 0 muda para 1 ou vice-versa.
No
entanto, qubits também sofrem de um segundo tipo de erro conhecido como flip de
fase, em que o estado de superposição de um qubit fica distorcido. Qubits só
podem detectar outros qubits se eles estão trabalhando em conjunto numa matriz
2D, diz Jay
Gambetta, líder do grupo de pesquisa de computação quântica da IBM.
Um
artigo publicado detalha como o chip
da IBM com quatro qubits dispostos em um quadrado pode detectar ambos os bits-flips e os de fase. Um par de
qubits é checado através do outro par. Um par faz a verificação dos bits-flips e outro verifica os flips de
fase. “Este é um
trampolim para demonstrar um quadrado maior”, diz Gambetta.
“Outros desafios emergem
quando o quadrado fica maior, mas parece muito otimista para as próximas etapas.”
Gambetta
diz que sua equipe teve que projetar cuidadosamente o seu novo chip para
superar problemas de interferências causados por colocar quatro qubits tão próximos.
Eles já estão fazendo experiências com um chip que tem uma grade de oito qubits
em um retângulo de dois-por-quatro. Raymond
Laflamme, diretor do Instituto para a Computação Quântica da Universidade
de Waterloo, no Canadá, descreve os resultados da IBM como “um marco importante [em direção aos]
processadores quânticos de confiança”. Combater os erros é um dos
problemas mais importantes do campo. “A computação quântica promete ter muitas aplicações alucinantes,
mas é prejudicada pela fragilidade da informação quântica”.
Resolver
esse problema exige ir um passo além dos resultados mais recentes da IBM, e corrigir os erros qubit bem como
detectá-los. Isso só pode ser demonstrado em uma grade maior de qubits, diz Laflamme.
No entanto, nem todos os pesquisadores de computação quântica pensam em qubits
como aqueles que estão sendo construídos na IBM, Google e em outros lugares.
Pesquisadores da Microsoft e Bell Labs estão trabalhando para criar um design
completamente diferente do qubit que deve ser menos propenso a erros.
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