A computação qua¢ntica tem o potencial de ser uma tecnologia futura revoluciona¡ria em campos que va£o da química a  criptografia, passando pelas finana§as e produtos farmacaªuticos. Comparados aos computadores convencionais, os cientistas sugerem que os computadores qua¢nticos poderiam operar milhares de vezes mais rápido. Para aproveitar esse poder, os cientistas hoje estãoprocurando maneiras de construir redes de computadores qua¢nticos. A memória qua¢ntica tolerante a falhas, que responde bem quando ocorrem falhas de hardware ou software, desempenhara¡ um papel importante nessas redes. Uma equipe de pesquisa da Universidade Nacional de Yokohama estãoexplorando a memória qua¢ntica que éresiliente contra erros operacionais ou ambientais.

A equipe de pesquisa relatou suas descobertas nesta quarta-feira (27) na revista Communications Physics .

Para que os computadores qua¢nticos atinjam todo o seu potencial, os cientistas precisam ser capazes de construir redes qua¢nticas . Nessas redes, a memória qua¢ntica tolerante a falhas éessencial. Quando os cientistas manipulam a memória qua¢ntica de spin, énecessa¡rio um campo magnético . O campo magnético dificulta a integração com os bits qua¢nticos supercondutores, ou qubits. Os qubits na computação qua¢ntica são unidades ba¡sicas de informação, semelhantes aos da­gitos binários, ou bits, em computadores convencionais.

Para ampliar um computador qua¢ntico baseado em qubits supercondutores, os cientistas precisam operar sob um campo magnético zero. Em sua busca para promover a tecnologia em direção a um computador qua¢ntico tolerante a falhas, a equipe de pesquisa estudou centros de vaca¢ncia de nitrogaªnio em diamante. Os centros de vaca¢ncia de nitrogaªnio são promissores em uma variedade de aplicações, incluindo computação qua¢ntica. Usando um centro de vaca¢ncia de nitrogaªnio de diamante com dois spins nucleares dos isãotopos de carbono circundantes, a equipe demonstrou a correção de erros qua¢nticos na memória qua¢ntica. Eles testaram uma correção de erro qua¢ntico de três qubits contra um erro de inversão de bits ou de inversão de fase, sob um campo magnético zero. Os erros bit-flip ou phase-flip podem ocorrer quando hámudanças no campo magnanãtico. Para atingir um campo magnético zero, a equipe usou uma bobina tridimensional para cancelar o campo magnético residual, incluindo o campo geomagnanãtico. Essa memória qua¢ntica écodificada com correção de erros para corrigir erros automaticamente a  medida que eles ocorrem.

Pesquisas anteriores haviam demonstrado a correção de erros qua¢nticos, mas tudo foi realizado sob campos magnanãticos relativamente fortes . A equipe de pesquisa da Universidade Nacional de Yokohama éa primeira a demonstrar a operação qua¢ntica do elanãtron e dos spins nucleares na ausaªncia de um campo magnanãtico.

“A correção de erros qua¢nticos torna a memória qua¢ntica resiliente contra erros operacionais ou ambientais sem a necessidade de campos magnanãticos e abre um caminho para a computação qua¢ntica distribua­da e uma internet qua¢ntica com interfaces qua¢nticas baseadas em memória ou repetidores qua¢nticos”, disse Hideo Kosaka, professor da Universidade de Yokohama e principal autor do estudo.

A demonstração da equipe pode ser aplicada a  construção de um computador qua¢ntico distribua­do em larga escala e uma rede de comunicação qua¢ntica de longa distância, conectando sistemas qua¢nticos vulnera¡veis ​​a um campo magnanãtico, como qubits supercondutores com memórias qua¢nticas baseadas em spin. Olhando para o futuro, a equipe de pesquisa tem planos de levar a tecnologia um passo adiante. “Queremos desenvolver uma interface qua¢ntica entre qubits supercondutores e fota´nicos para realizar um computador qua¢ntico de larga escala tolerante a falhas”, disse Kosaka.