Pesquisadores do Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins, em Laurel, Maryland, e da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, alcançaram um avanço na caracterização do ruído quântico em sistemas quânticos, um passo crucial para gerenciar de forma confiável os erros em computação quântica. Os resultados foram publicados na revista Physical Review Letters, removendo barreiras de longo prazo para o desenvolvimento de computadores quânticos práticos.
O ruído em sistemas quânticos possui múltiplas origens, incluindo fontes tradicionais, como flutuações de temperatura, vibração e interferência eletromagnética, e atividades em nível atômico relacionadas ao processamento quântico, como spin e campos magnéticos. O físico sênior do APL, Gregory Quiroz, afirmou que avaliar o impacto do ruído nos algoritmos quânticos é o primeiro passo para mitigá-lo. Modelos atuais são excessivamente simplificados e não conseguem capturar o efeito do ruído quântico no hardware real. Muitos modelos simplificados só capturam instâncias isoladas de ruído, enquanto as fontes críticas de ruído estão distribuídas no espaço e no tempo. Capturar como o ruído afeta o sistema ao longo do tempo e em múltiplas posições é fundamental para implementar códigos de correção quântica tolerantes a falhas.
À medida que os sistemas quânticos aumentam de escala, sua complexidade cresce exponencialmente, tornando a compreensão da propagação do ruído ainda mais difícil. Quiroz e o colaborador William Watkins utilizaram simetrias e técnicas matemáticas de decomposição de espaços raízes para representar o sistema quântico como uma escada, aplicando ruído e observando as transições, classificando o ruído em duas categorias para determinar métodos de mitigação. Quiroz afirmou que isso auxilia na construção de sistemas quânticos tolerantes a falhas de múltiplas formas, permitindo tanto o design de melhores sistemas no nível físico quanto o desenvolvimento de algoritmos e softwares que considerem o ruído quântico.
O APL possui expertise abrangente em desafios da computação quântica, e a abordagem centrada no ruído é o principal motor dessa pesquisa, com planos futuros de explorar novas direções potenciais de investigação.
