Como os computadores quânticos evitam o "ruído quântico"?

Na página da Wikipedia para o algoritmo de Shor, afirma-se que atualmente não é possível usar o algoritmo de Shor para fatorar números do tamanho de RSA, porque um computador quântico não foi construído com qubits suficientes devido a fatores como ruído quântico. Como os computadores quânticos modernos impedem a interferência nos cálculos desse ruído? Eles podem impedir isso?

Como impedimos o ruído quântico em um computador quântico?

Bem, tecnicamente, a resposta é (pelo menos para a maioria dos sistemas): usamos temperaturas ridiculamente baixas (muito mais frias que o espaço), protegemos tudo (ou pelo menos o máximo possível), que pode causar qualquer ruído (ondas de rádio, como como sinais telefônicos ou luz, campos magnéticos, ...), fazemos de tudo para remover partículas em nossos chips, que podem interagir com nosso sistema e somos super cuidadosos, que as conexões (ou seja, cabos, fibras ópticas e outras) ao ambiente (linhas de controle e leitura) carregam o mínimo de ruído possível.

Mas isso não será suficiente para executar um Shor relevante. Para entender o que mais podemos fazer, vamos entender:

O que é ruído quântico?

O ruído está presente em todos os sistemas - assim como no seu computador clássico. Nos computadores clássicos, no entanto, isso pode se manifestar de apenas uma maneira: um pouco que deve estar em um estado (digamos 1) acaba por estar no outro (digamos 0). Isso é muito fácil de corrigir: apenas executamos o cálculo em paralelo algumas vezes e verificamos de vez em quando se um deles está desativado e corrigimos o erro (supondo que a maioria esteja certa) *. Portanto, é claro que tentamos evitar ruídos, mas mais importante, corrigimos isso!

O ruído quântico acaba sendo muito mais complicado. Como assim? Bem, geralmente o estado de um bit quântico (qubit) pode ser descrito como um ponto em uma esfera (comumente chamada esfera de bloch). O ruído agora pode mover esse ponto em algum lugar ao longo da esfera (ou de fato tornar a esfera menor). Mas ainda podemos aplicar o mesmo erro de correção que usamos no computador clássico, certo? Não! A parte complicada da computação quântica é que apenas escolhemos pontos na esfera e sabemos de qual deles estava mais próximo *. Também projetamos o estado do qubit nesse valor - para que o valor realmente se torne o valor que medimos, independentemente do que era antes. Louco, né? Bem, isso é mecânica quânticapara você. Portanto, não podemos simplesmente comparar os cálculos enquanto o executamos como antes, porque isso destruiria nosso cálculo!

Correção de erro quântico para o resgate?

Bem, acontece que a correção de erros quânticos é realmente possível através de alguns truques (que são meio difíceis de explicar aqui - apenas por uma questão de sentimento: medimos de uma maneira um pouco diferente, ao invés, permitindo medir apenas o clima em que dois qubits são os mesmo em alguns aspectos ou não. Novamente, se medirmos que eles são os mesmos, projetamos que eles sejam iguais, se não pudermos corrigir. A frase importante é, em algum aspecto , portanto, temos que fazer isso para vários tipos erros que podem acontecer e depois tentam descobrir o que realmente aconteceu com o qubit). Para que ele funcione, no entanto, precisamos de um computador quântico que já tenha muito pouco ruído para começar (consulte também "Por que os protocolos de correção de erros funcionam apenas quando as taxas de erro já são significativamente baixas? "), podem conversar (são acoplados) e geralmente temos controle suficiente. No momento, ninguém está perto de cumprir todos esses requisitos de uma só vez (separadamente, em sistemas diferentes, todos eles foram alcançados).

* Bem, não é exatamente assim que funciona, mas aproximadamente.

A resposta para o ruído (e qualquer fonte de erro, na verdade) em cálculos quânticos é a correção de erros quânticos : você escolhe uma codificação de modo que os erros discretizados correspondam não apenas a codificações inválidas, mas também determinam exclusivamente que tipo de erro deve ter ocorrido. Isso não é possível para todos os erros, mas com modelos de erro razoáveis ​​(como erros de qubit único são muito mais prováveis ​​do que dois erros de qubit que são muito mais prováveis ​​do que três erros de qubit etc.), pode ser mostrado que, se o seu ruído e outros Se as fontes de erro estão abaixo de um certo limite, você pode ativar cálculos arbitrariamente grandes e longos.