Introdução

O mundo está se aproximando da era da vantagem quântica. Aqui, vantagem quântica se refere à execução de uma tarefa em um sistema híbrido quântico-clássico de tal forma que:

• A exatidão do resultado pode ser rigorosamente verificada.
• A computação demonstra uma separação quântica — oferecendo eficiência, custo-benefício ou precisão superiores em comparação com métodos apenas clássicos.

Alcançar a vantagem quântica no curto prazo exigirá que usemos todas as ferramentas disponíveis para aproveitar ao máximo o hardware quântico atual. Na prática, isso significa enfrentar diretamente o ruído e os erros. Temos um conjunto de ferramentas em constante expansão para enfrentar esses desafios, incluindo supressão de erros, mitigação de erros, detecção de erros e correção de erros. Esses conceitos podem ser difíceis de distinguir, em parte porque se situam ao longo de um continuum no caminho rumo à computação quântica tolerante a falhas. De forma geral:

• A supressão de erros visa reduzir, logo de início, a probabilidade de que determinados erros ocorram.
• A mitigação de erros busca reduzir o impacto de erros que já ocorreram no resultado final.
• A detecção e a correção de erros codificam a informação quântica de forma redundante em vários qubits, de modo que os erros possam ser detectados e corrigidos por meio de verificações de consistência.

Algumas técnicas tornam esses limites menos nítidos. Por exemplo, se os erros podem ser detectados no nível do circuito e os shots inválidos são descartados ou recuperados probabilisticamente no pós-processamento, isso pode ser visto como uma forma limitada de correção de erros, embora careça da estrutura totalmente tolerante a falhas dos códigos de correção de erros quânticos.

O Pauli twirling, outro exemplo, remodela o ruído para que ele se comporte como um processo de Pauli estocástico. Isso pode retardar o acúmulo de erros coerentes e tornar outras técnicas, como a mitigação de erros, mais eficazes. Por si só, no entanto, é melhor descrito como uma forma de ajuste de ruído, e não estritamente como supressão ou mitigação.

Essas ferramentas não são mutuamente exclusivas. Fluxos de trabalho eficazes costumam combinar várias abordagens. A supressão e a mitigação são amplamente aplicáveis hoje, enquanto a detecção de erros pode ser usada em alguns fluxos de trabalho para descartar resultados errôneos ou recuperar probabilisticamente estados corretos. Enquanto isso, formas cada vez mais avançadas de correção de erros estão gradualmente se tornando alcançáveis. Ao aproveitar e combinar esses métodos, podemos construir um caminho contínuo rumo à computação quântica tolerante a falhas. Para uma abordagem simplificada de aproveitamento de várias técnicas de mitigação de erros, sem muito embasamento teórico, veja este tutorial na IBM Quantum® Platform.

Neste curso, Tools for Quantum Advantage, exploraremos alguns dos métodos mais promissores para gerenciar o ruído e os erros quânticos. Nosso foco é explorar aplicações práticas usando o Qiskit, ao mesmo tempo em que fornecemos embasamento teórico suficiente para ajudá-lo a determinar quais técnicas são adequadas para o seu caso de uso. Também destacaremos quais métodos podem ser combinados de forma eficaz em um único fluxo de trabalho — e quais geralmente não podem.

Junte-se a nós enquanto exploramos as ferramentas que ajudarão a tornar a vantagem quântica alcançável.