Cientistas mostraram que, devido ao acúmulo de ruído, apenas as últimas camadas do circuito quântico determinam o resultado dos cálculos.

Ruído em circuitos quânticos limita a profundidade de cálculo e torna parte deles modelável em computadores clássicos

Pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), da Universidade Livre de Berlim e da Universidade de Copenhague realizaram um estudo sobre como o ruído afeta circuitos quânticos.

Os circuitos quânticos são formados por muitas operações em sequência que processam informações de maneira conjunta. Ainda assim, o ruído presente nesses sistemas pode comprometer seu funcionamento. Os cientistas descobriram que esse ruído impõe restrições rígidas à profundidade do circuito quântico, ou seja, ao número de etapas que podem ser executadas consecutivamente. Além disso, ele facilita a simulação de algumas partes dos circuitos quânticos com o uso de computadores clássicos.

No estudo, a equipe analisou grandes conjuntos de circuitos quânticos construídos a partir de operações simples com dois qubits. O modelo levou em conta condições realistas, nas quais cada qubit é afetado por ruído após cada etapa. A análise matemática mostrou que, na maioria dos circuitos quânticos ruidosos, apenas as últimas poucas etapas têm impacto relevante no resultado. Isso indica que, mesmo quando a profundidade é grande, a influência das operações iniciais vai desaparecendo aos poucos.

Essa descoberta tem importância prática. Por exemplo, ao calcular propriedades de um qubit, o resultado é determinado principalmente pelas camadas finais de operações, enquanto as etapas iniciais perdem importância devido ao acúmulo de ruído. Isso também ajuda a explicar por que circuitos quânticos ruidosos podem ser ajustados para executar tarefas específicas: mudanças na configuração afetam o resultado por causa da atuação das últimas camadas.

O estudo também ressalta que aumentar a profundidade dos circuitos quânticos nem sempre melhora seu desempenho. Para avançar nas tecnologias quânticas, será necessário reduzir o nível de ruído ou desenvolver circuitos capazes de operar de forma eficiente nesse ambiente. Além disso, o trabalho aponta para um possível equívoco: circuitos ruidosos podem parecer ajustáveis, mas isso acontece porque o ruído já reduziu sua complexidade efetiva.