Pesquisadores da IBM, em colaboração com a RWTH Aachen University e a Quantum Elements, quebraram o recorde anterior de computação quântica sustentada de alta fidelidade em qubits supercondutores. A descoberta, publicada na Nature Communications em 27 de fevereiro, aborda um desafio central na computação quântica: manter cálculos estáveis por tempo suficiente para executar algoritmos complexos.
O problema da instabilidade quântica
Os computadores quânticos dependem de qubits, o equivalente quântico dos bits, para processar informações. Ao contrário dos bits clássicos, os qubits são inerentemente frágeis, suscetíveis a ruídos até mesmo de vibrações mínimas ou perturbações ambientais. Essa fragilidade força os cientistas a agrupar vários qubits físicos em “qubits lógicos” como forma de redundância, mas mesmo essa abordagem é vulnerável a “erros lógicos” — onde vários qubits físicos falham simultaneamente, corrompendo o cálculo.
O problema é especialmente grave nos processadores “Kyiv” e “Marrakesh” de 127 qubit da IBM, que sofrem de um tipo específico de ruído chamado “ZZ crosstalk”. Os métodos tradicionais de correção de erros lutam para escalar de forma eficaz sem introduzir erros adicionais.
A solução: desacoplamento dinâmico do normalizador (NDD)
A equipe de pesquisa desenvolveu um novo protocolo híbrido de supressão de erros chamado Normalizer Dynamical Decoupling (NDD). Em vez de aplicar pulsos de redução de ruído apenas no nível do hardware, o NDD ajusta o tempo desses pulsos para sincronizar com o código quântico que está sendo executado. Isso requer um “normalizador” matemático que ajuste dinamicamente os pulsos, permitindo-lhes neutralizar o ruído de forma mais eficiente.
Os resultados são significativos:
* O pico de fidelidade de codificação atingiu 98,05% — maior do que qualquer outro registrado anteriormente.
* Essa fidelidade foi sustentada em 84,87% por 55 microssegundos, mais que o dobro do recorde anterior de 27 microssegundos.
Por que isso é importante
Quanto mais tempo um computador quântico conseguir manter a alta fidelidade, mais cálculos complexos ele poderá realizar. 55 microssegundos sustentados permitem aproximadamente 4.500 a 5.500 operações quânticas consecutivas antes da degradação dos dados. Embora isso possa parecer incremental, é uma melhoria substancial.
O objetivo final da computação quântica é resolver problemas impossíveis para computadores clássicos, como quebrar a criptografia moderna. Tarefas como executar o algoritmo de Shor podem levar semanas ou meses em um sistema quântico capaz, em comparação com trilhões de anos em uma máquina clássica.
Este marco aproxima esse futuro, demonstrando que a computação quântica sustentada de alta fidelidade é alcançável. O sucesso da equipe ressalta a importância das técnicas híbridas de supressão de erros e da otimização dinâmica no avanço da tecnologia quântica.
