A Google Quantum AI anunciou que implementou na prática, em seu processador quântico Willow, uma técnica conhecida como «cultivo de estados mágicos» (magic state cultivation), obtendo uma redução de cerca de 40 vezes nos erros em comparação com estados não cultivados. Os resultados foram publicados na revista Science, em um passo que, segundo a empresa, enfrenta um dos mais difíceis gargalos de recursos que impedem a expansão da computação quântica para aplicações práticas.
Por que os estados mágicos representam um gargalo?
A computação quântica universal precisa de um conjunto específico de operações para executar programas úteis que superem as capacidades da computação tradicional. Para realizar essas operações, são criados estados quânticos especiais chamados «estados mágicos», que depois são usados em operações tolerantes a falhas. No entanto, criar estados de alta qualidade e tolerantes a falhas consome enormes recursos; estimativas citadas pela Google indicam que até 95% da capacidade do computador quântico pode ser destinada à sua produção, em vez da execução dos próprios cálculos.
O problema se agrava porque o estado mágico é consumido quando usado e não pode ser reutilizado, o que o torna um recurso escasso no sistema quântico.
Como funcionou a técnica de cultivo?
A ideia, desenvolvida por pesquisadores da Google Quantum AI a partir de trabalhos anteriores, consiste em inserir um estado ruidoso em uma pequena região do chip e, em seguida, realizar uma série de medições coordenadas para detectar tentativas defeituosas e descartá-las. Dessa forma, cultiva-se um estado quântico puro e com baixo nível de erro, adaptando-o simultaneamente para uma codificação maior que pode ser usada dentro do computador.
O principal desafio era transformar a ideia teórica em um sistema que funcionasse em hardware real. Durante os testes, a equipe descobriu que a deriva dos equipamentos elétricos e as variações de temperatura produziam um tipo de ruído que afetava a validade do método de medição usado para avaliar os resultados. Depois de simulações, verificações de consistência e uma revisão das suposições, os pesquisadores adicionaram mecanismos de controle para reduzir o efeito do ruído e criaram uma nova técnica de medição que usa o próprio processo de cultivo como ferramenta de calibração.
Resultados das medições e o que mudou na prática
No processador Willow, o protocolo alcançou uma redução de 40 vezes nos erros em comparação com estados não cultivados e também produziu estados T com uma precisão lógica de 99,99%, resultado descrito pela Google como um novo nível recorde na medição quântica.
A equipe também demonstrou a possibilidade de transição entre dois tipos de correção de erros quânticos: os «códigos de cores» (color codes), adequados ao processo de cultivo, e os «códigos de superfície» (surface codes), um método mais consolidado. Isso incluiu a transferência de estados de um código de cores de distância 3 para um código de superfície de distância 5, mantendo os estados purificados e transferindo-os dentro do hardware.
O que ainda não foi resolvido?
O resultado não prova que a computação quântica prática já esteja disponível. A Google reconhece que o cultivo de estados mágicos precisa ser demonstrado em uma escala maior para se tornar viável para a computação quântica útil, e que outros desafios de engenharia e técnicos ainda permanecem. O verdadeiro valor da conquista é transferir uma ideia central do nível teórico para um experimento bem-sucedido em um processador real, oferecendo um possível caminho para reduzir a quantidade de recursos necessária para construir um computador quântico tolerante a falhas.