Imagine que você está tentando construir uma cadeia de dominós muito longa e complexa. O objetivo é que cada dominó acerte o próximo perfeitamente, ao longo de toda a cadeia, produzindo um resultado incrível no final. Um circuito quântico é como uma cadeia de dominós: uma longa sequência de pequenos passos ("operações") que trabalham juntos para processar informações de forma poderosa.

Agora imagine que cada peça de dominó esteja um pouco instável. No circuito quântico, essa instabilidade é chamada de "ruído". Pode não parecer muita coisa — afinal, todos os sistemas regulares estão sujeitos a algum tipo de "ruído" —, mas o ruído em circuitos quânticos pode se acumular e gerar uma série crescente de problemas.

A questão é: se cada peça de dominó é instável — se o ruído é inevitável e eventualmente destrutivo — ainda faz sentido construir cadeias complexas? Os circuitos quânticos estão no cerne da próxima geração de tecnologia, como os computadores quânticos, que prometem resolver certos problemas muito além do alcance das máquinas atuais.

Uma equipe de cientistas realizou uma ampla análise teórica sobre como o ruído afeta os circuitos quânticos. Suas descobertas mostram que o ruído impõe um limite prático surpreendentemente restrito à profundidade desses circuitos — em outras palavras, quantas etapas podem ser aplicadas uma após a outra em um circuito quântico — ao mesmo tempo que facilita a simulação de partes deles em computadores clássicos.

O trabalho foi liderado pelos pesquisadores Armando Angrisani e Yihui Quek da EPFL, Antonio Anna Mele da Universidade Livre de Berlim e Daniel Stilck França da Universidade de Copenhague. Foi publicado na revista Nature Physics .

Os pesquisadores analisaram grandes famílias de circuitos quânticos compostos por operações simples de dois qubits, com ruído realista afetando cada qubit individual após cada etapa. Eles trataram o problema matematicamente, rastreando como a influência de cada camada se propaga pelo circuito quando o ruído está presente.

A análise mostrou que, na maioria dos circuitos quânticos ruidosos, apenas os últimos passos realmente importam. Mesmo que um circuito seja construído para ser muito complexo, o ruído gradualmente elimina a influência dos passos anteriores.

Na analogia do dominó, apenas as últimas peças importam. Isso significa que, se usarmos um computador quântico para estimar uma grandeza física, como a energia ou o estado de um qubit, o resultado será moldado principalmente pelo que acontece no final do circuito. As operações anteriores "desaparecem da memória" à medida que o ruído se acumula.

O estudo também descobriu que isso explica por que esses circuitos ruidosos ainda podem ser ajustados ou "treinados" para tarefas simples. Alterar as configurações do circuito ainda pode mudar o resultado, mas apenas porque as camadas finais permanecem ativas. Como resultado, um circuito profundo e ruidoso acaba se comportando como um circuito muito mais raso.

O estudo esclarece o que as máquinas quânticas de curto prazo podem realisticamente oferecer. Simplesmente adicionar mais camadas a circuitos ruidosos provavelmente não desbloqueará novas capacidades para tarefas comuns baseadas em medições locais. Em vez disso, o progresso depende de um melhor controle de ruído ou de projetos cuidadosamente elaborados que explorem propriedades específicas do ruído.

O estudo também alerta que circuitos ruidosos permanecem treináveis apenas porque o ruído já enfraqueceu a maior parte de sua capacidade, e tratar o ruído real do hardware como um simples borrão pode levar a expectativas falsas.