Cientistas de Oxford Reduzem Erro Quântico a Nível Recorde

Um interesse crescente em tecnologia quântica tem seu tamanho de mercado ultrapassando $1 bilhão e projeta-se que valerá mais de $170 bilhões até 2040. Segundo a McKinsey, a tecnologia quântica poderia gerar trilhões de dólares em valor na próxima década. 

No ecossistema de tecnologia quântica, a computação quântica em particular possui um enorme potencial. Ela envolve o uso da mecânica quântica, que simplesmente lida com o comportamento da matéria e da energia nos níveis atômico e subatômico, para resolver problemas complexos. 

Espera-se que a computação quântica tenha um impacto profundo em vários campos, incluindo tecnologia, pesquisa, ciência, finanças e economia.

Ao contrário dos computadores clássicos, como nossos laptops, que armazenam e processam informações em bits, cada um sendo zero ou um, a unidade básica na computação quântica é o qubit. Um chip quântico é composto por muitos bits quânticos, ou qubits, que são tipicamente partículas subatômicas como elétrons ou fótons, manipulados e controlados por campos elétricos e magnéticos especialmente projetados.

Os qubits podem estar em um estado de zero, um, ou uma combinação de ambos. A combinação, chamada de “estado de superposição”, é uma propriedade distinta que permite aos computadores quânticos armazenar e processar conjuntos de dados extremamente grandes muito mais rápido que até os computadores clássicos mais poderosos.

Agora, existem muitas maneiras diferentes de fabricar esses qubits, como usando semicondutores, fotônica, dispositivos supercondutores e outras abordagens.

A qualidade dos qubits é de grande importância aqui. No entanto, eles são sensíveis a erros ou ruído, que são perturbações indesejadas que podem surgir de muitas fontes. Essas fontes podem incluir variações de temperatura, imperfeições no processo de fabricação e interações com o ambiente do qubit, entre outras.

Esses erros reduzem a confiabilidade de um qubit, conhecida como fidelidade. Um qubit com alta fidelidade é essencial para que um chip quântico execute tarefas complexas.

Tornando a Confiabilidade Quântica uma Realidade

Nas últimas décadas, os cientistas têm trabalhado em qubits lógicos, que se referem a qubits codificados usando uma coleção de qubits físicos para proteger contra erros. Enquanto os qubits físicos representam o hardware quântico real, um qubit lógico é uma abstração que imita um qubit tolerante a falhas.

Os principais desenvolvedores de chips quânticos mudaram seu foco para qubits lógicos e estão fazendo progressos significativos nas correções de erro quântico.

Por exemplo, em dezembro de 2024, Google (GOOG )  revelou seu chip quântico chamado Willow. Este novo chip, baseado em qubits supercondutores, foi anunciado como um grande avanço no campo da computação quântica, embora atualmente não tenha aplicações no mundo real.

Normalmente, quanto mais qubits são usados, mais erros ocorrem, e o sistema se torna clássico. No entanto, o Google demonstrou¹ que quanto mais qubits eles usaram no Willow, menos erros eles reduziram, e o sistema se tornou mais quântico.

O gigante tecnológico conseguiu reduzir os erros “exponencialmente” ao aumentar o número de qubits, disse Hartmut Neven, fundador do Google Quantum AI. Isso “quebra um desafio chave na correção de erros quânticos que o campo tem perseguido por quase 30 anos,” acrescentou.

Para medir o desempenho do Willow, o Google usou o padrão de amostragem de circuito aleatório (RCS). Seu chip quântico realizou um cálculo em menos de cinco minutos que levaria um supercomputador 10 septilhões de anos.

Em fevereiro deste ano, Microsoft (MSFT ) também revelou o primeiro processador quântico do mundo alimentado por qubits topológicos. O Majorana 1 foi projetado para escalar até um milhão de qubits em um único chip. Com essa conquista, o gigante tecnológico afirmou que está no caminho certo para construir um protótipo de um computador quântico escalável e tolerante a falhas em apenas alguns anos.

A base do Majorana 1 é o avanço feito pela equipe, especificamente o topocondutor, uma classe de materiais que possibilitou a criação de supercondutividade topológica. Isso resulta da fabricação de um dispositivo que combina alumínio (um supercondutor) e arseneto de índio (um semicondutor).

Quando esse dispositivo é resfriado a quase zero e então ajustado com campos magnéticos, ele forma nanofios supercondutores topológicos, cujas extremidades contêm Modos Zero de Majorana (MZMs) que servem como blocos de construção de seus qubits.

Para desbloquear a promessa da computação quântica, a equipe já colocou oito qubits topológicos em um chip projetado para abrigar um milhão.

Até a Amazon (AMZN ) anunciou seu chip quântico chamado ‘Ocelot’ que usa uma arquitetura escalável para reduzir a correção de erros em até 90%. 

O chip consiste em dois microchips de silício integrados, cada um com uma área de aproximadamente um centímetro quadrado, ligados um sobre o outro em uma pilha de chips eletricamente conectada. A superfície de cada microchip possui finas camadas de materiais supercondutores, formando os elementos do circuito quântico.

Existem um total de 14 elementos principais que compõem o chip Ocelot, incluindo cinco qubits de dados (cat qubits), outros cinco para estabilizar os qubits de dados e mais quatro qubits para detectar erros nos qubits de dados.

Os cat qubits armazenam os estados quânticos, para os quais dependem de osciladores, feitos de uma fina camada de tântalo que produz continuamente um sinal elétrico repetitivo. 

“Com os recentes avanços na pesquisa quântica, não se trata mais de se, mas de quando computadores quânticos práticos e tolerantes a falhas estarão disponíveis para aplicações do mundo real. O Ocelot é um passo importante nessa jornada.”

– Oskar Painter, diretor de Quantum Hardware da AWS.

Acredita‑se que a arquitetura Ocelot acelere sua “linha do tempo para um computador quântico prático em até cinco anos.”

A Corrida Rumo a Sistemas Quânticos Tolerantes a Falhas

Aumentar a precisão dos cálculos quânticos é o foco de empresas e pesquisadores em todo o mundo, e avanços significativos foram feitos aqui.

Há apenas alguns anos, pesquisadores do MIT apresentaram uma nova estrutura de qubit supercondutor capaz de executar operações entre qubits com grande precisão. O novo tipo de qubit supercondutor é o fluxônio, que pode ter uma vida útil, ou tempos de coerência, muito mais longos que os comumente usados. 

O tempo de coerência é uma medida de quanto tempo um qubit pode executar operações antes que todas as informações no qubit sejam perdidas.

“Quanto mais tempo um qubit vive, maior a fidelidade das operações que ele tende a promover.”

– Autor principal, Leon Ding

A arquitetura, por sua vez, envolvia um elemento de acoplamento especial entre dois qubits fluxônio, permitindo que eles executassem operações lógicas, conhecidas como portas, com alta precisão. Ela suprime o ruído de fundo que pode introduzir erros nas operações quânticas.

A precisão das portas de dois qubits ultrapassou 99,9% enquanto as portas de um único qubit atingiram 99,99%. A arquitetura, por sua vez, foi implementada em um chip usando um processo de fabricação extensível.

“Construir um computador quântico de grande escala começa com qubits e portas robustas,” e o estudo mostrou um sistema de dois qubits altamente promissor, afirmou Ding. Os qubits fluxônio alcançaram tempos de coerência superiores a um milissegundo. Seu próximo passo tem sido aumentar o número de qubits.

Alguns meses atrás, pesquisadores do MIT também revelaram um circuito quântico supercondutor que alcançou um forte acoplamento não linear entre fótons (luz de micro-ondas) e átomos artificiais (qubits). Isso poderia permitir a leitura e o processamento de informação quântica em alguns nanossegundos.

Para isso, os pesquisadores usaram uma estrutura de circuito supercondutor única para demonstrar o acoplamento não linear luz‑matéria, que é significativamente mais forte do que o observado anteriormente e pode permitir que um processador quântico opere até 10 vezes mais rápido.

De acordo com o autor principal Yufeng “Bright” Ye:

“Isso realmente eliminaria um dos gargalos na computação quântica. Normalmente, você precisa medir os resultados de seus cálculos entre as rodadas de correção de erros. Isso poderia acelerar a rapidez com que podemos alcançar a fase de computação quântica tolerante a falhas e ser capaz de obter aplicações do mundo real e valor de nossos computadores quânticos.”

Notavelmente, Ye inventou um novo tipo de acoplador quântico para facilitar interações entre qubits. O acoplador quarton é um tipo especial de circuito supercondutor que pode gerar um acoplamento não linear extremamente forte, e ao alimentar mais corrente nele, o acoplador cria uma interação não linear ainda mais forte. Ye explicou:

“A maioria das interações úteis na computação quântica provém do acoplamento não linear de luz e matéria. Se você puder obter uma gama mais versátil de diferentes tipos de acoplamento e aumentar a força do acoplamento, então pode essencialmente aumentar a velocidade de processamento do computador quântico.” 

Com este trabalho, os pesquisadores esperam que outros possam construir um computador quântico tolerante a falhas para computação quântica prática e em larga escala.

Inovações da SQMS Nanofabrication Taskforce, por sua vez, alcançaram² tempos de coerência de até 0,6 milissegundos, resultado de um design de qubit otimizado e de ressonadores de leitura aprimorados, ambos os quais aumentaram a estabilidade e a coerência. 

Esta colaboração entre o National Institute of Standards and Technology (NIST), o Center Superconducting Quantum Materials and Systems (SQMS) do Fermilab, e vários outros parceiros governamentais, universitários e industriais visa aproximar a pesquisa quântica da realidade. 

Em meio a todas essas iniciativas para construir computadores quânticos escaláveis e tolerantes a falhas, físicos da Universidade de Oxford estabeleceram um novo recorde mundial de precisão de operação de qubits.

Estabelecendo um Novo Padrão Global de Precisão Quântica

O novo estudo, publicado na Physical Review Letters³, mostra que físicos de Oxford alcançaram uma taxa de erro de apenas 0,000015% para uma única operação lógica quântica. 

Isso significa um erro em 6,7 milhões de operações, o que representa um novo recorde de precisão de operação de qubits e um grande salto em direção a computadores quânticos mais robustos e úteis para resolver problemas altamente complexos com menos qubits físicos e requisitos de infraestrutura reduzidos.

“Até onde sabemos, esta é a operação de qubit mais precisa já registrada em qualquer lugar do mundo. É um passo importante rumo à construção de computadores quânticos práticos que podem enfrentar problemas do mundo real.” 

– Coautor do estudo, Professor David Lucas, Departamento de Física, Universidade de Oxford

O interessante é que essa descoberta quebra o recorde anterior estabelecido pela mesma equipe. O novo recorde é cerca de sete vezes mais preciso que o anterior.

Um pouco mais de uma década atrás, a equipe implementou⁴ todas as operações de um único qubit com fidelidades muito acima do limiar mínimo necessário para a computação quântica tolerante a falhas, usando um qubit de íon aprisionado armazenado em estados de “relógio atômico” hiperfinos. Na época, a taxa de erro de um único qubit era de 1 em 1 milhão. 

Esse sucesso levou ao lançamento da empresa spin‑out chamada Oxford Ionics em 2019, que se tornou líder em plataformas de qubits de íons aprisionados de alto desempenho. Em maio de 2025, ela descreveu três fases de desenvolvimento de curto prazo: ‘Foundation’, ‘Enterprise‑grade’ e ‘Value at scale’, para alcançar amplo valor comercial nos próximos 3 anos e entregar dispositivos com 1 milhão de qubits. Na semana passada, a Oxford Ionics firmou um acordo com IonQ (IONQ ) para adquiri‑la por US$ 1,075 bilhão.

Agora, a mesma equipe alcançou um novo marco na redução da probabilidade de erros nas portas lógicas quânticas.

Executar cálculos úteis em um computador quântico requer milhões de operações em muitos qubits. Mas essa magnitude significa que uma alta taxa de erro pode tornar o resultado final sem sentido e inútil.

Corrigir o erro pode consertar a falha, mas isso exige ainda mais qubits. Portanto, ao reduzir o erro, o novo estudo diminui o número de qubits necessários, o que reduz o tamanho e o custo do computador quântico.

“Ao reduzir drasticamente a chance de erro, este trabalho diminui significativamente a infraestrutura necessária para a correção de erros, abrindo caminho para que futuros computadores quânticos sejam menores, mais rápidos e mais eficientes. O controle preciso dos qubits também será útil para outras tecnologias quânticas, como relógios e sensores quânticos,” disse a co‑autora principal do estudo, Molly Smith, que é estudante de pós‑graduação em Oxford.

Para alcançar o nível de precisão sem precedentes, os físicos usaram um íon de cálcio aprisionado como o bit quântico ou qubit.

Íons de cálcio são comumente usados para armazenar informação quântica devido aos seus longos tempos de coerência e alta fidelidade nas operações quânticas. Eles também são muito robustos e fáceis de manipular com lasers.

Entretanto, a equipe de Oxford não usou a abordagem convencional de laser; ao invés disso, utilizou sinais eletrônicos (microwave) para controlar o estado quântico dos íons de cálcio.

Com essa técnica, eles conseguiram maior estabilidade do que o controle a laser poderia oferecer. Mas isso não é tudo. Em comparação aos lasers, o controle eletrônico também é mais barato e mais robusto. Além disso, é mais fácil de integrar em chips de aprisionamento de íons. 

Além disso, o experimento foi conduzido sem blindagem magnética e à temperatura ambiente, o que simplifica os requisitos técnicos para um computador quântico funcional.

Assim, a equipe conseguiu reduzir o erro em quase uma ordem de magnitude desta vez, por meio de melhor controle da amplitude e desvio de micro-ondas com procedimentos de calibração automatizados. Além disso, a redução da excitação de transições espectadoras por meio de maiores divisões Zeeman, bem como o uso de modelagem de pulsos, contribuíram para isso. 

A precisão recorde é uma conquista enorme; porém, é apenas parte de um desafio maior. Como a equipe observou, a computação quântica requer que portas de um e dois qubits funcionem juntas, e as portas de dois qubits ainda sofrem com altas taxas de erro.

Atualmente, a melhor taxa de erro está em torno de 1 em 2000, portanto, para construir uma máquina quântica totalmente tolerante a falhas, a equipe precisa reduzir esse número.

Operações de um único qubit de alta fidelidade ainda têm muitas aplicações tanto em informação quântica quanto além, incluindo a proteção de qubits ‘inativos’ via desacoplamento dinâmico, em aplicações de sensoriamento quântico, e sequências de pulsos compostos para endereçar qubits individuais e compensar erros.

Investindo em Computação Quântica

International Business Machines Corporation (IBM ), conhecida por suas plataformas de nuvem híbrida e IA, bem como serviços de consultoria e infraestrutura, tem explorado a tecnologia quântica desde a década de 1970. Em 2016, lançou o IBM Quantum Experience, que colocou o primeiro processador quântico na nuvem, tornando-o acessível a todos.

IBM (IBM ) 

Ao longo dos anos, a IBM continuou sua pesquisa na área, e na semana passada, anunciou planos de ter um computador quântico prático pronto até 2029.

Batizado de “Starling”, o computador quântico tolerante a falhas com 200 qubits lógicos será construído em um data center em construção em Poughkeepsie, Nova York.

De acordo com relatos, a equipe desenvolveu um novo algoritmo que reduz significativamente o número de qubits necessários para a correção de erros. Jay Gambetta, responsável pela iniciativa quântica da IBM, disse o seguinte em entrevista:

“Respondemos a essas questões científicas. Você não precisa de um milagre agora. Agora você precisa de um grande desafio em engenharia. Não há reinvenção de ferramentas ou algo assim.”

Agora, se observarmos a capitalização de mercado de US$ 257,64 bilhões, o desempenho de mercado da IBM, suas ações estão atualmente cotadas a US$ 278, com alta de 26,11% no ano. As ações da IBM realmente atingiram um recorde histórico (ATH) de US$ 281,75 na semana passada.

Com isso, seu EPS (TTM) é 5,85 e o P/E (TTM) é 47,42, enquanto o rendimento de dividendos oferecido é 2,42%.

Quanto às finanças da IBM, ela reportou uma receita de US$ 14,5 bilhões no primeiro trimestre de 2025. A margem de lucro bruto GAAP nesse período foi de 55,2% enquanto a margem de lucro operacional non‑GAAP foi de 56,6%. Sua margem de lucro antes de impostos GAAP, por sua vez, foi de 8%, e a margem operacional non‑GAAP foi de 12%.

“Superamos as expectativas de receita, lucratividade e fluxo de caixa livre no trimestre, impulsionados pela força de nosso portfólio de Software. Continua a haver forte demanda por IA generativa e nosso portfólio de negócios está em mais de US$ 6 bilhões desde o início, com um aumento de mais de US$ 1 bilhão no trimestre.” 

– CEO Arvind Krishna

No primeiro trimestre deste ano, o caixa líquido gerado pelas atividades operacionais foi de US$ 4,4 bilhões, enquanto o fluxo de caixa livre foi de US$ 2 bilhões. A IBM encerrou o trimestre com US$ 17,6 bilhões em caixa, caixa restrito e valores mobiliários negociáveis.

Uma posição de liquidez forte e fluxo de caixa livre sólido permitiram à empresa devolver US$ 1,5 bilhão aos acionistas em dividendos. Também investiu US$ 7,1 bilhões em aquisições, incluindo a compra da HashiCorp. Segundo Krishna:

“Continuamos otimistas quanto às oportunidades de crescimento de longo prazo para a tecnologia e a economia global.” 

Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da International Business Machines Corporation (IBM)

Conclusão: Próximos Passos Rumo à Realidade Quântica

De cientistas a empresas e governos, todos estão ativamente e profundamente envolvidos em tornar os computadores quânticos uma realidade. Os últimos avanços da equipe de Oxford e dos gigantes tecnológicos estão melhorando drasticamente a fidelidade dos qubits e tornando a correção de erros mais eficiente, o que significa que o próximo salto quântico pode não estar mais a décadas de distância, tornando as máquinas quânticas práticas inevitáveis!

Clique aqui para uma lista das principais empresas de computação quântica.

Estudos Referenciados:

^{1. Google Quantum AI e Colaboradores. Correção de Erro Quântico Abaixo do Limite do Código de Superfície. Nature 2025, 638 (8016), 920–926. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y
2. Bal, M.; Crisa, F.; Murthy, A. A.; et al. SQMS Nanofabrication Taskforce: Rumo à Fabricação de Qubits Supercondutores de Alta Coerência. Conferência, 20 de setembro de 2024. https://doi.org/10.2172/2462792
3. Smith, M. C.; Leu, A. D.; Miyanishi, K.; et al. Portas de Um Qubit com Erros no Nível de 10⁻⁷. Phys. Rev. Lett. 2025, 134, 230601. https://doi.org/10.1103/42w2-6ccy
4. Harty, T. P.; Allcock, D. T. C.; Ballance, C. J.; et al. Preparação de Alta Fidelidade, Portas, Memória e Leitura de um Qubit de Íon Aprisionado. Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.220501}