Partículas trançadas viabilizam computadores quânticos universais e sem erros

Informática

Redação do Site Inovação Tecnológica – 20/10/2026

Além de permitir todos os tipos de cálculos, essas partículas oferecem uma proteção natural contra erros.
[Imagem: Chiu Fan Bowen Lo et al. – 10.1038/s41586-026-10709-y]

Ânyons

Um computador quântico verdadeiramente útil deverá ser capaz de executar qualquer algoritmo, alcançando a mesma versatilidade dos PCs comuns, mas os protótipos atuais são máquinas muito especializadas, rodando apenas uns poucos tipos de cálculos.

Físicos demonstraram agora uma alternativa que promete garantir essa flexibilidade, tirando proveito das capacidades de partículas quânticas exóticas, chamadas ânyons não-abelianos, estados coletivos emergentes de um mar de elétrons interagindo fortemente, sob temperaturas próximas ao zero absoluto e campos magnéticos intensos.

“Demonstramos um conjunto de portas universais, o que significa que, se você armazenar informações nessas versões emergentes de quarks e movê-las, poderá realizar qualquer computação quântica que desejar,” contou Ruben Verresen, da Universidade de Chicago, nos EUA, que desenvolveu o protótipo com colegas de várias outras universidades.

Essa arquitetura inovadora tem o potencial não só de viabilizar um computador quântico de uso geral, como também abre um caminho para a confiabilidade: Os computadores quânticos geralmente dependem de técnicas de correção de erros, distribuindo os dados por muitos qubits físicos para evitar falhas. Mas esses códigos de correção de erros normalmente não fornecem, por si sós, todas as operações necessárias para a computação quântica universal nos dados protegidos.

“Os códigos não-abelianos são o azarão na corrida pela correção de erros quânticos,” disse Henrik Dreyer, membro da equipe. “Neste trabalho, mostramos o primeiro conjunto de portas universais em um código não-abeliano, o que demonstra que computações tolerantes a falhas podem, em princípio, ser feitas sem recorrer à destilação ou cultivo de estados mágicos, que são as operações mais custosas em códigos de correção de erros quânticos padrão.”

Um quark emergente move-se ao redor de um obstáculo, criando o “trançado” característica da nova técnica.
[Imagem: Chiu Fan Bowen]

Qubits trançados

Os qubits comuns armazenam informações em um estado binário ligado ou desligado, ou alguma combinação intermediária entre os dois. Os ânyons não-abelianos são diferentes, a começar pelo fato de que eles não existem como partículas independentes na natureza; os pesquisadores os criam com circuitos quânticos que conectam muitos qubits comuns em um grande estado entrelaçado, que se comporta como um tipo de partícula completamente novo, com suas próprias regras internas.

“A forma como eu vejo esses códigos é que eles estão criando pequenos universos, universos alternativos, mas que refletem algumas das propriedades do nosso próprio,” disse Verresen.

Os ânyons não-abelianos possuem um estado interno que se altera sempre que dois ânyons são movidos, ou entrelaçados, um ao redor do outro. A ordem em que são entrelaçados importa (esse é o significado de não-abeliano), conferindo-lhes o potencial de codificar informações de maneiras que as partículas comuns não conseguem. Como seu estado está distribuído por vários qubits entrelaçados, em vez de estar localizado em um único ponto, esses ânyons são excepcionalmente bem protegidos contra as pequenas perturbações que afetam os qubits comuns, eliminando de pronto o problema dos erros. Além disso, seu próprio entrelaçamento pode funcionar como uma porta computacional.

A equipe já havia usado um computador quântico de íons aprisionados para criar ânyons com base em um grupo de simetria chamado D4, que são as rotações e reflexões que deixam um quadrado inalterado.

Agora eles criaram um “universo mais complexo”, demonstrando que os ânyons trançados por si sós permitem todas as operações necessárias a um computador de uso geral.

Fusão de qubits forma qutrits

A equipe voltou-se agora para um tipo diferente de simetria, chamada S3, as rotações e inversões de imagem espelhada que deixam um triângulo equilátero inalterado. Eles então traçaram seus ânyons no processador de íons aprisionados, entrelaçando 54 qubits.

Ao contrário do D4, a estrutura do S3 possui as propriedades adequadas para computação universal, mas isso exigiu que o entrelaçamento fosse combinado com uma segunda ferramenta, a fusão, onde dois ânyons são combinados. A equipe usou pares desses ânyons para codificar “qutrits”, que possuem três níveis de informação quântica – em comparação com os dois níveis codificados pelos qubits padrão.

Ao entrelaçar e fundir esses qutrits em diferentes combinações, os pesquisadores demonstraram três operações, uma porta de entrelaçamento e dois tipos distintos de medição resultantes da fusão. Combinadas, essas operações podem alavancar qualquer operação quântica, incluindo aquelas que não eram acessíveis apenas pelo entrelaçamento.

Esta ainda foi apenas uma prova de princípio, e agora será necessário demonstrar que, além de realizar qualquer cálculo, o sistema “automático” de correção de erros também funciona em condições práticas.

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