Nova arquitetura de computação quântica diminui qubits e erros

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/03/2023

A nova arquitetura permite acrescentar o número de qubits necessários para tornar os computadores quânticos realmente poderosos.
[Imagem: Riken Center for Quantum Computing]

Qubits físicos e qubits lógicos

Pesquisadores e engenheiros da Universidade de Osaka e da empresa Fujitsu, ambas no Japão, revelaram os planos para uma nova arquitetura de computação quântica altamente eficiente, um marco significativo para tornar práticos esses computadores tão promissores.

A nova arquitetura, que a equipe chama de "rotação analógica", reduz o número de qubits físicos necessários para a correção de erros em 90%, de 1 milhão para 10.000 qubits - a correção de erros é um pré-requisito para tornar a computação quântica tolerante às falhas inerentes ao caráter probabilístico dos bits quânticos.

Essa simplificação permitirá construir um computador quântico com 10.000 qubits físicos e 64 qubits lógicos, o que corresponde a um desempenho computacional de aproximadamente 100.000 vezes o desempenho máximo dos supercomputadores eletrônicos convencionais mais modernos.

Qubits físicos são os componentes físicos dos computadores quânticos, as menores unidades de informação quântica; qubits lógicos são formados por vários qubits físicos operando em conjunto para realizar uma operação, ou seja, são a menor unidade lógica, já com os erros corrigidos por redundância.

Comparação entre a atual e a nova arquitetura de computação quântica tolerante a falhas.
[Imagem: Osaka University & Fujitsu]

Computação quântica tolerante a falhas

Nas arquiteturas convencionais de computação quântica, os cálculos são realizados usando uma combinação de quatro portas quânticas universais, portas lógicas que podem realizar todos os cálculos quânticos combinando-os - são as equivalentes às portas AND, XOR e NOT dos computadores eletrônicos, só que se chamam portas CNOT, H, S e T.

Dentro dessas arquiteturas, especialmente a correção de erros para as portas T requer um grande número de qubits físicos, e a rotação do vetor de estado para o cálculo requer operações lógicas repetidas em cada porta T - aproximadamente cinquenta vezes em média. Assim, a estimativa é que construir um computador quântico tolerante a falhas exija mais de um milhão de qubits físicos no total.

Por esta razão, os computadores quânticos usando arquitetura convencional para correção de erros só podem realizar cálculos em uma escala muito limitada, abaixo dos computadores clássicos, já que trabalham com um máximo de cerca de 10.000 qubits físicos, um número muito abaixo do necessário para computação quântica genuína e tolerante a falhas.

É aí que entra a nova arquitetura apresentada agora: Em contraste com as arquiteturas convencionais, que exigem operações lógicas repetidas na porta T, usando um grande número de qubits físicos, a operação da porta na nova arquitetura é realizada por rotação de fase, diretamente, em qualquer ângulo especificado - e isso é uma inovação mundial.

Dessa forma, o número de qubits necessários para correção de erros é reduzido para cerca de 10% em comparação com as tecnologias atuais, enquanto o número de operações de portas necessárias para rotação arbitrária é reduzida para aproximadamente 5% das arquiteturas convencionais. O resultado é que os cálculos têm uma probabilidade de erro quântico nos qubits físicos de apenas cerca de 13%, o que significa cálculos altamente precisos no mundo computação quântica.

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