Google usa “magia” para reduzir erros de computação quântica

Pesquisadores do Google demonstraram uma nova maneira de reduzir erros na computação quântica, aproximando a empresa da construção de máquinas capazes de resolver problemas práticos. Testada no processador quântico Willow da empresa, a técnica, chamada de “cultivo de estados mágicos”, reduziu os erros de preparação em cerca de 40 vezes e produziu estados quânticos com fidelidade lógica de 99,99 %.

O termo “estados mágicos” é um conceito estabelecido na computação quântica, não uma referência a algo sobrenatural. Esses estados permitem que computadores quânticos realizem determinadas operações necessárias para a computação quântica universal, incluindo as implementadas com portas T. Como os estados mágicos são consumidos durante os cálculos e não podem ser reutilizados, produzi-los de forma confiável em escala é um desafio significativo de engenharia.

Os métodos existentes para produzir estados mágicos usam um processo chamado destilação de estados mágicos, que combina vários estados imperfeitos para produzir um número menor de estados mais confiáveis. O Google afirma que esse processo pode consumir uma parcela substancial dos recursos de um computador quântico, deixando menos capacidade para os cálculos em si.

O método de cultivo do Google adota uma abordagem diferente. Em vez de processar grandes lotes de estados imperfeitos, o sistema prepara estados individuais e os verifica repetidamente usando medições projetadas para detectar erros sem destruir os estados examinados. As tentativas que não passam nas verificações são descartadas, restando apenas os resultados mais confiáveis.

No processador Willow do Google, a técnica reduziu os erros de preparação em aproximadamente 40 vezes em comparação com estados preparados sem cultivo. Os estados resultantes atingiram uma fidelidade lógica de 99,99 %, indicando uma taxa de erro muito baixa. No entanto, essa precisão teve um custo: nas execuções experimentais mais rigorosas, cerca de 92 % das tentativas foram descartadas, restando apenas 8 % para uso.

Medir erros tão pequenos também representou um desafio. A equipe desenvolveu uma técnica chamada tomografia por kickback após descobrir que flutuações de temperatura e ruídos de equipamentos elétricos estavam distorcendo suas medições iniciais. Os pesquisadores então demonstraram que os estados cultivados podiam ser transferidos para um código de correção de erros quânticos maior, embora a transferência tenha introduzido erros adicionais.

O experimento não resulta em um computador quântico completo e tolerante a falhas. Em vez disso, aborda um gargalo específico de engenharia: produzir os estados de alta qualidade necessários para cálculos úteis sem dedicar recursos excessivos de hardware à sua preparação.