Técnica de calibração mantém qubits de silício com cerca de 99,9% de precisão operando ao mesmo tempo

Um dos problemas para construir computadores quânticos úteis é que, quando vários qubits de silício funcionam ao mesmo tempo, a precisão cai. Uma equipe do Centro RIKEN de Ciência da Matéria Emergente, no Japão, e de colaboradores relata uma técnica de calibração que reduz esse efeito: com cinco qubits de spin operando juntos em um mesmo dispositivo, a fidelidade das portas de um único qubit ficou em cerca de 99,9%. O estudo saiu na Nature Physics (DOI 10.1038/s41567-026-03466-2), e o texto em que nos baseamos é um comunicado do RIKEN. Os dois principais nomes do estudo são Yi-Hsien Wu, cujos experimentos fizeram parte do doutorado, e Leon C. Camenzind, do RIKEN, que supervisionou os experimentos.

O problema e a solução

Qubits de spin em silício guardam informação no spin de elétrons isolados e podem ser fabricados com a manufatura de semicondutores comum. No estudo, cinco qubits compartilhavam uma mesma linha de controle por micro-ondas, uma alternativa mais prática a dar a cada qubit um sistema de controle próprio, algo difícil de administrar quando os dispositivos crescem. O obstáculo, segundo os autores, é o efeito Stark AC: os sinais de micro-ondas deslocam os níveis de energia de um qubit e causam desvios de fase no seu estado quântico.

A solução foi um método de calibração que compensa esses desvios usando calibrações entre pares de qubits, em vez de calibrar todas as combinações possíveis, o que os autores apresentam como mais viável para sistemas maiores. Ele foi combinado com um projeto de dispositivo melhorado e pulsos de micro-ondas ajustados com cuidado.

Os números

Individualmente, os cinco qubits tiveram fidelidade de porta de um qubit acima de 99,99%, com o melhor chegando perto de 99,999%. Com até três qubits operando ao mesmo tempo, a fidelidade ficou acima de 99,99%. Com os cinco juntos, foi de cerca de 99,9%.

Para entender o contexto

Qubits de spin em silício usam o spin do elétron, uma propriedade quântica parecida com um pequeno ímã, para guardar informação. A vantagem é usar o mesmo material e processos das fábricas de chips, o que, em teoria, facilitaria produzir milhares ou milhões de qubits.

Para que um computador quântico funcione, os qubits precisam ser controlados com precisão, e operações vizinhas atrapalham umas às outras. A calibração que mantém 99,9% de precisão em cinco qubits ao mesmo tempo é um avanço técnico, mas a escala útil de máquinas precisa de muito mais qubits, o que é um desafio ainda em aberto.

Termos úteis

• Spin: Propriedade quântica de partículas como o elétron, semelhante a um pequeno ímã que pode apontar para cima ou para baixo.
• Fidelidade: Medida de quão corretamente uma operação quântica é feita. 99,9% significa uma falha em mil.
• Calibração: Ajuste dos parâmetros de controle de um sistema para que ele funcione com precisão.

As ressalvas

A calibração reduziu bastante os erros, mas não os eliminou. A perda restante está ligada à decoerência induzida pelo acionamento, causada pela potência de micro-ondas mais alta necessária para operar vários qubits juntos, um efeito diferente dos desvios de fase corrigidos pelo método. "É uma limitação, mas melhorias no projeto do dispositivo podem ajudar a reduzi-la", diz Camenzind (tradução livre). O comunicado afirma que 99,9% se aproxima do que a computação tolerante a falhas prática exigiria, mas não diz que ela foi alcançada. O teste cobriu só cinco qubits, e as afirmações sobre escalar para processadores maiores são projeções. Seigo Tarucha, gerente de um projeto de computação quântica em silício do programa Moonshot da agência japonesa JST, diz que o objetivo de longo prazo é construir um computador quântico tolerante a falhas com qubits de spin em silício (tradução livre).