Demonstração de Lattice Surgery Avança a Computação Quântica Tolerante a Falhas

Uma equipe de cientistas, liderada por pesquisadores da ETH Zurich, demonstrou recentemente um método de entrelaçar bits quânticos via lattice surgery. O processo permite que engenheiros criem computadores quânticos mais poderosos, expandindo as já impressionantes capacidades desses dispositivos e abrindo caminho para adoção futura. Veja o que você precisa saber.

O que Torna os Computadores Quânticos Fundamentalmente Diferentes

Os computadores quânticos são vistos por muitos como o próximo passo na evolução dos computadores. Esses dispositivos podem oferecer milhares de vezes mais poder de cálculo, tornando-os ideais para cálculos científicos complexos e muito mais.
Os computadores quânticos provaram ser muito mais poderosos que os computadores tradicionais. Eles superam os dispositivos convencionais porque se baseiam em qubits, superposição, emaranhamento e interferência para processar informações. Essa estrutura permite o processamento de milhões de cálculos em paralelo.

Por que a Correção de Erros Quânticos é o Principal Gargalo

No entanto, quando se trata de armazenar dados quânticos, isso é muito mais difícil do que com bits tradicionais, que podem ser duplicados e armazenados. Quando recuperados, os duplicados podem ser comparados para garantir que os dados não estejam corrompidos.
A correção de erros quânticos é muito mais complicada por várias razões. Primeiro, os qubits quânticos não podem ser copiados da mesma forma que os bits tradicionais. Em vez disso, eles dependem de estados emaranhados criados entre qubits. Esse estado frágil pode ser destruído facilmente.

Inversões de Bits e Inversões de Fase

Além disso, os computadores quânticos precisam lidar com decoerência e mudanças de fase. Os computadores quânticos são únicos porque os qubits podem mudar repentinamente e sem aviso prévio sua fase de positiva para negativa. Esse problema tornou o armazenamento de dados quânticos por longos períodos mais difícil.

Como os Engenheiros Corrigem esse Problema

Existem várias maneiras pelas quais os engenheiros buscam corrigir essas mudanças quânticas. Um método popular é criar um qubit lógico a partir de vários outros qubits. Uma vez criado, os engenheiros aplicam constantemente correção de erros para garantir a precisão.

Esse processo requer que os cientistas meçam constantemente o estado de estabilizadores construídos especificamente. Esses estabilizadores permitem que os engenheiros monitorem quaisquer mudanças no qubit sem alterar seu valor. Eles realizam essa tarefa fornecendo leituras rastreáveis de bits e fase.

Esse processo cria qubits de dados. Esses qubits servem para armazenar o estado de correção. Problemas surgem porque a maioria dos computadores quânticos depende de matrizes bidimensionais de qubits supercondutores.

Esses qubits permanecem fixos no espaço e não podem ser movidos sem danificar o estado quântico. Os estabilizadores ajudam a manter a estabilidade. No entanto, eles só podem operar em qubits que são adjacentes, o que significa que são ideais apenas para aplicações de qubits bidimensionais e são muito limitados em sua aplicação.

Estudo de Lattice Surgery em Qubits Quânticos

Buscando melhorar as capacidades de computação quântica, cientistas da ETH Zurich e do Paul Scherrer Institute publicaram o estudo “Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits”¹ na Nature Physics.
O artigo apresenta uma nova metodologia para emaranhamento quântico e estabilizadores. Sua nova abordagem permite que computadores quânticos realizem operações quânticas entre qubits lógicos supercondutores enquanto executam correção de erros em tempo real.

O que é Lattice Surgery na Computação Quântica?

No cerne desse novo desenvolvimento está o lattice surgery. O lattice surgery costura códigos topológicos entre qubits lógicos. Essa abordagem suporta arranjos de qubits 2D juntamente com operações de portas tolerantes a falhas.

Por meio do uso de lattice surgery, os engenheiros conseguiram aplicar portas lógicas entre qubits codificados mesmo quando não estavam próximos uns dos outros. Essa estratégia evita o contato direto dos qubits, reduzindo erros de decoerência.

O lattice surgery depende do uso de patches, que são qubits com estabilizadores aplicados. O processo costura temporariamente essas portas, permitindo verificações de paridade e um espaço de código maior para processamento. Notavelmente, este trabalho representa uma das primeiras demonstrações experimentais de lattice surgery realizadas entre qubits lógicos codificados usando hardware de código de superfície supercondutor, mantendo a correção de erros em tempo real durante a operação.

Como o Experimento de Lattice Surgery Foi Conduzido

Os engenheiros realizaram vários testes para garantir que seus cálculos estavam corretos. Primeiro, a equipe criou um dispositivo quântico. A porta lógica era composta por 17 qubits supercondutores dispostos em forma de quadrado aproximado.

Após entrelaçar dois, os engenheiros focaram nas operações de divisão. Para isso, eles codificaram os qubits lógicos com repetições de inversão de bits. Em seguida, monitoraram os resultados dos estabilizadores a cada 1,66 microssegundos, realizando também correções de inversão de bits e de fase.

O método divide o quadrado do código de superfície em duas metades, facilitando o acompanhamento e o teste. Notavelmente, os resultados dos testes demonstraram que suas teorias estavam corretas.

Lattice Surgery em Qubits Quânticos – Resultados dos Testes

Os engenheiros observaram que os erros de inversão de bits foram corrigidos em tempo real. Eles registraram uma melhoria em relação a circuitos não codificados submetidos ao mesmo processo, resultando na criação bem-sucedida de dois qubits lógicos entrelaçados entre si.

Benefícios do Lattice Surgery em Qubits Quânticos

Este estudo traz muitos benefícios ao mercado. Em primeiro lugar, abre caminho para computadores quânticos mais poderosos e precisos. A capacidade de reduzir e codificar tolerância a falhas e correções nesses dispositivos permitirá que iterações futuras ofereçam mais desempenho e estabilidade.

Lattice Surgery em Qubits Quânticos: Aplicações no Mundo Real & Cronograma

Existem várias aplicações para este trabalho. Principalmente, esta pesquisa ajudará a expandir e melhorar o emergente setor de computadores quânticos. Ela fornece um novo nível de estabilidade a esses dispositivos, permitindo que engenheiros criem unidades mais poderosas que dependam de ainda mais qubits para conduzir as operações.

Cronograma do Lattice Surgery em Qubits Quânticos

De acordo com os engenheiros, ainda há muito trabalho a ser feito antes que essa tecnologia esteja pronta e seja aplicada aos dispositivos quânticos avançados de hoje. No entanto, pode‑se esperar que essa tecnologia seja aplicada ao setor nos próximos 7‑10 anos, juntamente com uma maior adoção de computadores quânticos.

Lattice Surgery em Qubits Quânticos: Pesquisadores

Pesquisadores de várias instituições de destaque participaram deste estudo. Especificamente, o professor Andreas Wallraff, do D-PHYS, liderou o artigo de pesquisa, enquanto o professor Markus Müller, da RWTH Aachen University, e o Forschungszentrum Jülich co‑autoraram o trabalho.
O artigo também lista Ilya Besedin, Michael Kerschbaum, Jonathan Knoll, Ian Hesner, Lukas Bödeker, Luis Colmenarez, Luca Hofele, Nathan Lacroix, Christoph Hellings, François Swiadek, Alexander Flasby, Mohsen Bahrami Panah e Dante Colao Zanuz como colaboradores.

Futuro do Lattice Surgery em Qubits Quânticos

O futuro dessa tecnologia é promissor. O objetivo é integrá‑la com outras descobertas recentes para ajudar os engenheiros a alcançar sua meta geral de construir computadores quânticos úteis que dependam de milhares de qubits em vez de dezenas.

Investindo em Inovação Quântica

O setor de computação quântica é dominado por várias empresas de pesquisa que investiram milhões na tecnologia. Esses grupos continuam a explorar essa tecnologia com espírito inovador, ajudando a descobrir abordagens antes consideradas impossíveis. Aqui está uma empresa que ajudou a promover desenvolvimentos futuros e a adoção.

Rigetti Computing

A Rigetti Computing (RGTI ) foi fundada em 2013 por Chad Rigetti com o objetivo específico de construir os computadores quânticos mais poderosos do mundo usando tecnologia de qubits supercondutores. Ao contrário da IonQ, que utiliza íons aprisionados, o foco da Rigetti em circuitos supercondutores está mais alinhado com a pesquisa da ETH Zurich que envolve lattice surgery em qubits lógicos supercondutores.
Em 2018, a Rigetti demonstrou um chip de 128 qubits, e a empresa tem, desde então, sido pioneira no desenvolvimento de computação quântica “Full-Stack”. Isso inclui a instalação Fab-1, a primeira fundição quântica dedicada do mundo, onde projetam e fabricam seus próprios processadores quânticos.

A Rigetti tem avançado significativamente na computação híbrida quântica‑clássica. Sua plataforma Quantum Cloud Services (QCS) integra processadores quânticos com infraestrutura clássica de alto desempenho, uma necessidade para a correção de erros em tempo real discutida na pesquisa atual. Em 2021, a Rigetti abriu seu capital por meio de uma fusão com a Supernova Partners Acquisition Company II, listando‑se na NASDAQ.
Hoje, a Rigetti está desenvolvendo ativamente seus sistemas da classe Ankaa, que utilizam uma rede quadrada de acopladores ajustáveis. Essa arquitetura foi projetada especificamente para suportar o tipo de operações tolerantes a falhas e codificação de qubits lógicos demonstradas no mais recente estudo da ETH Zurich.

Últimas Notícias e Desempenho da Rigetti Computing (RGTI)

Lattice Surgery em Qubits Quânticos | Conclusão

Os computadores quânticos prometem poder de cálculo incomparável, mas sua fragilidade os tornou caros demais para que a maioria das pessoas os use ou possua. Este trabalho mais recente ajudará a estabilizar esses dispositivos, aproximando o mundo de uma opção acessível e confiável. Por essa e outras razões, esses engenheiros merecem uma ovação de pé.

Saiba mais sobre outras descobertas em computadores quânticos aqui.

Referências

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6}