Google reduz 40 vezes os erros num dos passos mais caros da computação quântica, no chip Willow

A equipa de computação quântica da Google anunciou ter resolvido na prática um problema que os investigadores tinham identificado em 2004: como produzir, sem gastar quase todos os recursos da máquina, os chamados estados mágicos. O trabalho foi publicado a 15 de outubro na revista Science e foi feito no Willow, o processador quântico que a empresa apresentou em dezembro de 2024. Segundo a Google, a técnica reduziu os erros cerca de 40 vezes em comparação com os mesmos estados produzidos sem ela.

Porque são precisos estados mágicos

Os computadores quânticos fazem contas com qubits, que se estragam com muita facilidade porque trocam informação com o ambiente à sua volta. Para os tornar úteis, é preciso corrigir esses erros enquanto o cálculo decorre, e é aí que entram os estados mágicos. Sem eles, explica a Google, não se consegue executar com correção de erros o conjunto completo de operações que permite ir além do que um computador clássico faz.

O problema é o preço. Criar estados mágicos com qualidade suficiente consome tantos recursos que algumas estimativas apontam para até 95% da capacidade total de um computador quântico dedicada só a essa tarefa. Para piorar, cada estado só pode ser usado uma vez. Nas últimas duas décadas, a investigação foi baixando esse custo aos poucos.

Como funciona o cultivo

Em 2024, os investigadores da Google Craig Gidney, Noah Shutty e Cody Jones propuseram uma técnica a que chamaram cultivo de estados mágicos. Funciona como um filtro: injeta-se um estado com ruído numa pequena zona do chip e faz-se uma série de medições coordenadas para detetar erros, deitando fora as tentativas defeituosas. O que sobra é um estado muito puro, que vai crescendo até ficar numa forma maior e utilizável.

Passar da teoria para o laboratório levou tempo. A investigadora Emma Rosenfeld conta no blogue da empresa que os primeiros dados pareciam contrariar as leis da física, até se perceber que o ruído causado pela deriva de equipamentos elétricos e por variações de temperatura estava a enganar o método de medição. A equipa teve de criar uma nova forma de aferir os resultados, usando o próprio cultivo para se medir a si mesmo. No fim, os estados obtidos chegaram a uma fidelidade lógica de 99,99%, que a Google apresenta como recorde.

O que ainda falta

A equipa mostrou também que estes estados podem passar de um tipo de código de correção de erros para outro, mais usado, sem se degradarem pelo caminho. É uma peça importante para os integrar numa arquitetura completa.

A própria Google reconhece que ainda é preciso demonstrar o cultivo em maior escala e que há muitos desafios técnicos pela frente. A empresa diz que o objetivo continua a ser um computador quântico com correção de erros capaz de resolver problemas hoje impossíveis, mas não indica quando lá espera chegar.

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