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Pesquisadores desenvolvem primeiro dispositivo quântico que detecta e corrige seus próprios erros


Todo mundo sabe do enorme potencial da computação quântica. Mas, antes que essas incríveis máquinas se tornem realidade, os cientistas precisam resolver uns probleminhas. Por exemplo, criar um circuito que aproveite toda a proeza prometida pelo bit quântico (“qubit”), enquanto compensa sua alta vulnerabilidade a erros induzidos ambientalmente.

E não é que os pesquisadores agora estão mais perto de solucionar essa questão?

Físicos da Universidade da Califórnia em Santa Barbara (EUA) atingiram um marco importante desenvolvendo circuitos quânticos que se autoverificam para erros e os suprimem, preservando o estado dos qubits e dando confiabilidade ao sistema, o que é fundamental para a construção de computadores quânticos em grande escala.

Como funciona

Ao contrário da computação clássica, em que as informações estão em uma de duas posições binárias, qubits podem existir em qualquer e todas as posições simultaneamente, em várias dimensões. É esta propriedade que dá aos computadores quânticos seu poder fenomenal, mas também é a característica que torna os qubits propensos a erros, especialmente em ambientes instáveis.

“É difícil processar a informação se ela desaparece”, explica Julian Kelly, pesquisador de pós-graduação e coautor da pesquisa.

No entanto, esse obstáculo pode ter sido eliminado por Kelly, ao lado de seus colegas Rami Barends, Austin Fowler e outros do Grupo Martinis da Universidade da Califórnia.

Eles criaram um sistema de nove qubits que pode procurar por erros em si mesmo tornando cada qubit responsável por proteger as informações contidas em seus vizinhos.

“Esta é a primeira vez que um dispositivo quântico capaz de corrigir seus próprios erros foi construído”, disse Fowler.

Para o tipo de cálculo complexo que os pesquisadores esperam que um computador quântico realize, seriam necessários cem milhões de qubits; porém, antes de chegar lá, um sistema de autoavaliação e prevenção de erro robusto é necessário.

A chave para este sistema funcionar é um esquema chamado “código de superfície”. Ele usa informação de paridade – a medição da mudança a partir dos dados originais (se houver) – em oposição à duplicação da informação original que faz parte do processo de detecção de erros na computação clássica. Dessa forma, a informação original é preservada nos qubits.

Isso é necessário porque não dá para medir um estado quântico e esperar que ele ainda seja quântico. O próprio ato de medição coloca o qubit em um único estado e o faz perder seu poder. Por isso, com o código de superfície, os valores são tomados por medições adjacentes, que avaliam essencialmente as informações nos qubits medindo em torno deles.

“Você retira apenas informação suficiente para detectar erros, mas não o suficiente para destruir sua ‘quanticidade’”, afirma Kelly.

Próximos passos

O sistema provou-se eficaz contra o erro “bit-flip”, no entanto, os pesquisadores estão de olho em corrigir o erro chamado de “phase-flip”.

No futuro, eles também querem ver que comportamentos podem emergir se o sistema executar os ciclos de autocorreção de erros por períodos mais longos.

Desde que sua pesquisa foi publicada na revista Nature, os cientistas firmaram uma parceria com o Google.

Fonte: hypescience
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