Devido ao ruído acumulado, apenas as últimas camadas de um circuito quântico influenciam o resultado dos cálculos, mostraram os cientistas.

O ruído em circuitos quânticos limita a profundidade dos cálculos e torna-os parcialmente simuláveis em computadores clássicos

Investigadores da Escola Politécnica Federal de Lausana (EPFL), da Universidade Livre de Berlim e da Universidade de Copenhaga realizaram um estudo dedicado ao impacto do ruído nos circuitos quânticos.

Os circuitos quânticos são formados por numerosas operações sequenciais que, em conjunto, processam informação. No entanto, o ruído que surge nestes sistemas pode perturbar o seu funcionamento. Os cientistas concluíram que o ruído impõe limites rigorosos à profundidade de um circuito quântico, ou seja, ao número de etapas que podem ser executadas de forma consecutiva. Além disso, o ruído facilita a simulação de algumas partes dos circuitos quânticos com recurso a computadores clássicos.

No decorrer do estudo, a equipa analisou grandes conjuntos de circuitos quânticos construídos a partir de operações simples com dois qubits. O modelo teve em conta condições realistas, nas quais cada qubit é afetado por ruído após cada etapa. A análise matemática demonstrou que, na maioria dos circuitos quânticos ruidosos, apenas os últimos passos influenciam de forma significativa o resultado. Isto significa que, mesmo quando o circuito tem grande profundidade, o efeito das operações iniciais vai desaparecendo gradualmente.

Esta descoberta tem importância prática. Por exemplo, ao calcular as propriedades de um qubit, o resultado é determinado sobretudo pelas camadas finais de operações, enquanto as etapas iniciais perdem relevância devido à acumulação de ruído. Isto também ajuda a explicar porque é que os circuitos quânticos ruidosos podem ser ajustados para executar determinadas tarefas: as alterações nos parâmetros afetam o resultado graças à ação das últimas camadas.

O estudo sublinha que aumentar a profundidade dos circuitos quânticos nem sempre conduz a um melhor desempenho. Para alcançar progressos nas tecnologias quânticas, será necessário reduzir o nível de ruído ou desenvolver circuitos capazes de funcionar eficazmente nessas condições. Além disso, o trabalho chama a atenção para um possível equívoco: os circuitos ruidosos podem parecer ajustáveis, mas isso acontece porque o ruído já reduziu a sua complexidade efetiva.