Cientistas da Atom Computing desenvolveram um método para reutilizar qubits de rastreamento de erros em computadores quânticos feitos de átomos frios, reciclándolos até 41 vezes sem erros. Essa abordagem visa tornar os cálculos quânticos mais confiáveis e eficientes, reduzindo a necessidade de grandes números de qubits. A técnica aborda um desafio chave na escalabilidade da tecnologia quântica.
Computadores quânticos que usam qubits de átomos extremamente frios estão se expandindo rapidamente, mas as taxas de erro atualmente impedem seu uso prático. Para superar isso, pesquisadores liderados por Matt Norcia na Atom Computing, uma empresa dos EUA, criaram um sistema que reutiliza ou substitui qubits ancilla, que monitoram erros durante os cálculos.
Em sua configuração, os qubits são átomos de itérbio resfriados perto do zero absoluto usando lasers e pulsos eletromagnéticos. Eles são manipulados com 'pinças ópticas' em três zonas: uma com 128 pinças para computação de dados, outra com 80 para medição de erros e troca de qubits defeituosos, e uma zona de armazenamento para 75 qubits frescos. Isso permitiu que a equipe reciclase qubits ancilla 41 vezes consecutivas.
“Qualquer computação útil provavelmente será uma computação muito longa, então você teria que fazer muitas rodadas de medições. Idealmente, você quer ser capaz de reutilizar os qubits ao longo de múltiplas rodadas para que não precise continuar fornecendo mais qubits ao sistema,” explicou Norcia.
Os desafios incluíram prevenir que a luz laser dispersa perturbe os qubits, exigindo controle preciso de laser e ajuste de qubits de dados para evitar interferência. Yuval Boger na QuEra enfatizou a importância: “A reutilização de ancilla é fundamentalmente importante para o progresso na computação quântica.” Sem ela, mesmo cálculos modestos demandariam milhões ou bilhões de qubits, que o hardware atual não pode suportar.
Técnicas semelhantes aparecem em outros lugares: uma equipe de Harvard e MIT sustentou um computador quântico de 3000 átomos de rubídio por horas, e a máquina baseada em íons Helios da Quantinuum também reutiliza qubits. Norcia observou que a comunidade de átomos neutros reconhece a necessidade de resetar e recarregar átomos durante os cálculos.
O trabalho é detalhado em Physical Review X (DOI: 10.1103/v7ny-fg31).