Computadores quânticos também sofrerão da tela azul da morte

Computadores quânticos poderão travar

Os computadores quânticos já são uma realidade, mas ainda são máquinas pequenas, com pequeno número de qubits. Assim, o grande objetivo agora é aumentar o número de qubits, para que esses computadores inovadores possam cumprir todo o seu prometido potencial.

Mas acaba de surgir mais uma pedra nesse caminho, prometendo retardar bastante a chegada ao objetivo. E essa pedra tem nome e sobrenome: Efeito Zeno Quântico, mais conhecido como “Efeito do Observador” – é aquele que mostra que o simples fato de observar um estado quântico faz com que ele se altere.

Uma nova análise do projeto dos computadores quânticos mostrou que, conforme aumenta o número de qubits, esse efeito pode fazer o computador simplesmente travar, levando para o mundo da computação quântica a famigerada “tela azul da morte”, que assombra os usuários dos computadores eletrônicos há décadas.

“O efeito Zeno quântico é um obstáculo anteriormente negligenciado para uma certa classe de computadores quânticos,” disse o professor Gernot Schaller, do Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR), na Alemanha.

O risco de travamento envolve uma grande classe de computadores quânticos conhecidos como adiabáticos, máquinas cujos qubits estão sempre em seu estado fundamental, o estado de menor energia. Para resolver um problema computacional, o panorama energético dos qubits é alterado gradualmente, devagar o suficiente para que eles se adaptem continuamente e acompanhem a mudança do estado fundamental. Assim que a transformação é concluída, o estado fundamental do conjunto de qubits codifica imediatamente a solução para o problema. Algoritmos adiabáticos podem ser programados de forma inteligível e com relativa facilidade.

“Os algoritmos adiabáticos são considerados robustos e podem ser executados por computadores quânticos praticamente independentemente do hardware utilizado,” acrescentou Ralf Schotzhold, membro da equipe. Portanto, não importa se os qubits são criados usando supercondutores de estado sólido ou íons individuais confinados em armadilhas eletromagnéticas, as variantes de hardware mais usadas – o problema ocorrerá com todos.

Cada interferência equivale a uma medição

O que acontece é que um computador quântico só funciona corretamente se seus qubits ficarem o mais isolados possível do ambiente. É por isso que eles trabalham em temperaturas próximas do zero absoluto, para proteger os qubits de qualquer perturbação – blindagens contra radiação eletromagnética continuam sendo necessárias, mesmo nessas condições extremas.

Todo esse cuidado é necessário para que os qubits possam assumir todos os estados possíveis entre zero e um, uma propriedade conhecida como superposição. As conexões entre os qubits, pelo fenômeno do entrelaçamento, também são altamente sensíveis a perturbações externas. E somente a interação entre a superposição e o entrelaçamento torna possível resolver problemas complexos com rapidez.

“Mas, apesar de todas essas medidas, os impactos ambientais sobre os qubits nunca poderão ser totalmente eliminados,” considera Schotzhold. A principal implicação disso é que, conforme o número de qubits aumenta, essas interferências se avolumam.

“É aqui que entra o efeito Zeno quântico,” explicou Schaller. “Mesmo pequenas influências ambientais podem afetar os estados quânticos dos qubits. Cada perturbação age como uma medição indesejada, retardando a evolução do sistema. No pior caso, um cálculo pode até mesmo congelar completamente.”

Não abra o forno

Para entender o que vai fazer o computador quântico travar, pense em quando você vai assar um bolo: O bolo só ficará perfeito se for deixado crescendo no forno sem ser perturbado: Se você ficar abrindo a porta do forno para verificar se está pronto, isso vai interromper o processo, fazendo o bolo ficar achatado ou até mesmo murchar.

O efeito Zeno quântico funciona de maneira semelhante: Cada perturbação – o efeito do observador – interrompe a evolução natural do estado quântico do qubit. Se isso acontecer com muita frequência, o sistema não conseguirá mais atingir o estado final desejado. No caso mais extremo, o processo computacional simplesmente para.

Mas a equipe acredita já ter uma ideia para tentar manter seu bolo quântico no ponto: Basta fazer algo que pode ser comparado a colocar um cadeado na porta do forno. “Usando o método de eco de spin, podemos aplicar pulsos coerentes para reduzir o acoplamento dos qubits ao seu ambiente. Nosso estudo mostra que só podemos desenvolver computadores quânticos poderosos quando levamos em consideração os impactos ambientais desde o início,” concluiu Schotzhold.