Cientistas de Oxford Reduzem Erro Quântico para um Recorde Histórico

Um interesse crescente em tecnologia quântica fez com que o tamanho do mercado ultrapassasse $1 bilhão e é projetado para ser avaliado em mais de$170 bilhões até 2040. De acordo com a McKinsey, a tecnologia quântica pode criar trilhões de dólares em valor dentro da próxima década.

No ecossistema de tecnologia quântica, o computador quântico em particular tem um vasto potencial.Ele 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.

O computador quântico é esperado ter 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 com cada um sendo zero ou um, a unidade básica no computador quântico é um qubit. Um chip quântico é composto por muitos qubits, que são normalmente partículas subatômicas, como elétrons ou fótons, manipulados e controlados por campos elétricos e magnéticos projetados especialmente.

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 que os computadores quânticos armazenem e processem conjuntos de dados extremamente grandes muito mais rápido do que mesmo os computadores clássicos mais poderosos.

Agora, há muitas maneiras diferentes de fazer esses qubits, como usar semicondutores, fótonica, dispositivos supercondutores e outras abordagens.

A qualidade dos qubits é de grande importância aqui. No entanto, eles são sensíveis a erros ou ruídos, que são perturbações indesejadas que podem vir de muitas fontes. Essas fontes podem incluir mudanças 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

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

Desenvolvedores principais de chips quânticos mudaram seu foco para qubits lógicos e estão fazendo um progresso significativo na correção de erros quânticos.

Por exemplo, em dezembro de 2024, Google (GOOG ) lançou seu chip quântico chamado Willow. Esse novo chip, baseado em qubits supercondutores, foi saudado como um grande avanço no campo do computador quântico, 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 reduziram e mais quântico o sistema se tornou.

A empresa de tecnologia foi capaz de reduzir erros “exponencialmente” ao aumentar o número de qubits, disse Hartmut Neven, fundador do Google Quantum AI. Isso “resolve 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 a um supercomputador 10 septilhões de anos.

Em fevereiro deste ano, Microsoft (MSFT ) também lançou o primeiro processador quântico do mundo alimentado por qubits topológicos. O Majorana 1 é projetado para escalar para um milhão de qubits em um único chip. Com esse feito, o gigante da tecnologia disse que está no caminho para construir um protótipo de um computador quântico escalável e tolerante a falhas em apenas alguns anos.

A base do Majorana 1 é a inovação feita pela equipe, especificamente o topocondutor, uma classe de materiais que permitiu a criação de supercondutividade topológica. Isso é o resultado da fabricação de um dispositivo que combina alumínio (um supercondutor) e arsênio de índio (um semicondutor).

Quando esse dispositivo é resfriado para quase zero e, em seguida, ajustado com campos magnéticos, ele forma nanofios supercondutores topológicos, com as extremidades dos fios contendo Modos Zero de Majorana (MZMs) que servem como os blocos de construção de seus qubits.

Para desbloquear a promessa do quântico, a equipe já colocou oito qubits topológicos em um chip projetado para abrigar um milhão.

Até a Amazon 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, unidos um sobre o outro em uma pilha de chips conectada eletricamente. A superfície de cada microchip tem camadas finas de materiais supercondutores, formando os elementos do circuito quântico.

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

Os qubits de gato armazenam os estados quânticos, para os quais eles dependem de osciladores, que são feitos de um filme fino de Tantálio e produzem constantemente um sinal elétrico repetitivo.

“Com os recentes avanços na pesquisa quântica, já não é mais uma questão de se, mas quando os 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 Hardware Quântico da AWS.

A arquitetura do Ocelot é considerada acelerar o “cronograma para um computador quântico prático em até cinco anos”.

A Corrida em Direção a Sistemas Quânticos Tolerantes a Falhas

Melhorar a precisão dos cálculos quânticos é o foco de empresas e pesquisadores em todo o mundo, e grandes passos foram dados aqui.

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

O tempo de coerência é uma medida de quanto tempo um qubit pode realizar operações antes de que toda a informação no qubit seja perdida.

“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, envolveu um elemento de acoplamento especial entre dois qubits de fluxônio, permitindo que eles realizem operações lógicas, conhecidas como portas, com alta precisão. Isso suprime o ruído de fundo que pode trazer erros para as operações quânticas.

A precisão das portas de dois qubits superou 99,9%, enquanto as portas de um 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 robustos”, e o estudo mostrou um sistema de dois qubits altamente promissor, afirmou Ding. Os qubits de fluxônio alcançaram tempos de coerência de mais de um milissegundo. Seu próximo passo foi aumentar o número de qubits.

Há alguns meses, pesquisadores do MIT também apresentaram um circuito quântico supercondutor que alcançou um acoplamento não linear forte entre fótons (luz de micro-ondas) e átomos artificiais (qubits). Isso pode permitir a leitura e processamento de informações quânticas em poucos nanossegundos.

Para isso, os pesquisadores usaram uma estrutura de circuito supercondutor única para mostrar 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 uma das gargalos na computação quântica. Normalmente, você tem que medir os resultados de seus cálculos entre rodadas de correção de erros. Isso poderia acelerar como podemos alcançar a etapa de computação quântica tolerante a falhas e ser capaz de obter aplicações e valor do mundo real de nossos computadores quânticos.”

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

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

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

Inovações da Força-Tarefa de Nanofabricação do SQMS, por sua vez, alcançaram² tempos de coerência de até 0,6 milissegundos, que foi o resultado do design de qubit otimizado e melhorados ressonadores de leitura, ambos os quais melhoraram a estabilidade e a coerência.

Essa colaboração entre o National Institute of Standards and Technology (NIST), o Centro de Materiais e Sistemas Quânticos Supercondutores (SQMS) da Fermilab e vários outros parceiros governamentais, universitários e industriais visa trazer a pesquisa quântica mais perto da realidade.

No meio de todas essas iniciativas para construir computadores quânticos escaláveis e tolerantes a falhas, físicos da Universidade de Oxford estabeleceram um novo recorde mundial para a precisão de operação de qubit.

Definindo um Novo Padrão Global em Precisão Quântica

O novo estudo, publicado em Physical Review Letters³, mostra que os 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 é um novo recorde para a precisão da operação de qubit e um grande salto em direção a computadores quânticos mais robustos e úteis para resolver problemas complexos com menos qubits físicos e requisitos de infraestrutura reduzidos.

“Até onde sabemos, essa é a operação de qubit mais precisa já registrada em todo o mundo. É um passo importante para construir computadores quânticos práticos que possam lidar com problemas do mundo real.”

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

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

Há pouco mais de uma década, a equipe implementou⁴ todas as operações de qubit único com fidelidades muito acima do limite mínimo necessário para computação quântica tolerante a falhas, usando um qubit de íon preso que foi armazenado em estados de “relógio atômico” de hiperfino.

Na época, sua taxa de erro de qubit único foi de 1 em 1 milhão.

Esse sucesso levou ao lançamento da empresa spinout chamada Oxford Ionics em 2019, que se tornou uma líder em plataformas de qubit de íon preso de alto desempenho. Em maio de 2025, ela esboçou três fases de desenvolvimento de curto prazo: ‘Fundação’, ‘Empresa de classe’ e ‘Valor em escala’, para alcançar um valor comercial amplo dentro dos próximos 3 anos e entregar dispositivos de 1 milhão de qubits. Na semana passada, a Oxford Ionics entrou em um acordo com IonQ (IONQ ) para adquiri-la por $1,075 bilhão.

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

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

Corrigir o erro pode corrigir o erro, mas isso exige ainda mais qubits. Portanto, reduzir o erro reduz o número de qubits necessários, o que, por sua vez, reduz o tamanho e o custo do computador quântico.

“Ao reduzir drasticamente a chance de erro, esse trabalho reduz significativamente a infraestrutura necessária para a correção de erros, abrindo o caminho para que os computadores quânticos futuros sejam menores, mais rápidos e mais eficientes. O controle preciso de qubits também será útil para outras tecnologias quânticas, como relógios e sensores quânticos”, disse a coautora do estudo, Molly Smith, que é uma estudante de graduação em Oxford.

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

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

No entanto, a equipe de Oxford não usou a abordagem convencional de laser; em vez disso, usou sinais eletrônicos (micro-ondas) para controlar o estado quântico dos íons de cálcio.

Com essa técnica, eles foram capazes de ter uma estabilidade maior do que a que o controle de laser poderia oferecer. Mas isso não é tudo. Em comparação com os lasers, o controle eletrônico é mais barato e mais robusto. É também mais fácil de integrar em chips de armadilha de íons.

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

Portanto, a equipe foi capaz de reduzir o erro por quase uma ordem de magnitude desta vez por meio de um melhor controle da amplitude de micro-ondas e do desvio com procedimentos de calibração automatizados. Além disso, a redução da excitação de transições de espectador por meio de divisões de Zeeman maiores, bem como o uso de formação de pulso, contribuiu para isso.

A precisão recorde é um feito massivo; no entanto, é apenas parte de um desafio maior. Como a equipe observou, a computação quântica requer tanto portas de qubit único quanto portas de dois qubits para funcionar juntas, e as portas de dois qubits ainda sofrem de taxas de erro altas.

Atualmente, a melhor taxa de erro é de cerca de 1 em 2000, então, para construir uma máquina quântica completamente tolerante a falhas, a equipe precisa reduzir esse número.

Operações de qubit único de alta fidelidade ainda têm muitos usos, tanto na informação quântica quanto além, incluindo a proteção de qubits “ociosos” por meio de desacoplamento dinâmico, em aplicações de sensoriamento quântico e sequências de pulso compostas 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 e serviços de consultoria e infraestrutura, vem explorando a tecnologia quântica desde a década de 1970. Em 2016, ela lançou a 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 no campo e, na semana passada, anunciou planos para ter um computador quântico prático pronto em 2029.

Chamado de “Starling”, o computador quântico tolerante a falhas com 200 qubits lógicos será construído em um centro de dados que está sendo construído 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 uma entrevista:

“Nós respondemos às perguntas científicas. Você não precisa de um milagre agora. Agora você precisa de um desafio de engenharia. Não há reinvenção de ferramentas ou nada disso.”

Agora, se olharmos para o valor de mercado de $257,64 bilhões, o desempenho de mercado da IBM, suas ações estão sendo negociadas atualmente a $278, com um aumento de 26,11% no ano. As ações da IBM atingiram um recorde histórico (ATH) de $281,75 apenas na semana passada.

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

Quando se trata das finanças da IBM, ela relatou uma receita de $14,5 bilhões para o primeiro trimestre de 2025. A margem de lucro bruta GAAP durante esse período foi de 55,2%, enquanto a margem de lucro operacional não GAAP foi de 56,6%. Sua margem de lucro antes dos impostos GAAP foi de 8%, e a margem operacional não GAAP foi de 12%.

“Nós superamos as expectativas para receita, lucratividade e fluxo de caixa livre no trimestre, liderados pela força em todo o nosso portfólio de Software. Há uma demanda forte por IA geradora e nosso livro de negócios está em mais de $6 bilhões desde o início, um aumento de mais de $1 bilhão no trimestre.”

– CEO Arvind Krishna

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

Uma posição de liquidez forte e um fluxo de caixa livre sólido permitiram que a empresa devolvesse $1,5 bilhão aos acionistas em dividendos. Ela também investiu $7,1 bilhões em aquisições, que incluíram a compra da HashiCorp. De acordo com o Krishna:

“Nós permanecemos otimistas sobre as oportunidades de crescimento de longo prazo para a tecnologia e a economia global.”

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

Conclusão: Próximos Passos em Direção à Realidade Quântica

Desde cientistas até empresas e governos, todos estão ativamente e profundamente envolvidos em tornar os computadores quânticos uma realidade. As últimas inovações da equipe de Oxford e dos gigantes da tecnologia 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:

<sup>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. Força-Tarefa de Nanofabricação do SQMS: Em Direção 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 Qubit Único 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 Quântico Preso. Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.220501</sup>