Computação Quântica Topológica: Conceitos e Implementações Práticas

Abstract

A computação quântica tem avançado significativamente nos últimos anos, porém, o ruído e a decoerência continuam sendo desafios fundamentais para a construção de processadores quânticos escaláveis e confiáveis. Este trabalho explora a computação quântica topológica como uma abordagem promissora para mitigar essas limitações, utilizando anyons não abelianos e qubits topológicos, que apresentam resistência inerente a erros locais devido à sua codificação global. Além disso, este estudo revisa a publicação da Microsoft Azure Quantum sobre o Majorana 1, que promete ser um marco na escalabilidade da computação quântica ao empregar modos de zero Majorana para permitir a expansão de qubits de maneira análoga à evolução dos transistores na computação clássica. A revisão dessa pesquisa é conduzida de forma didática, visando facilitar o entendimento dos conceitos envolvidos e sua relevância para o avanço dos processadores quânticos. Por fim, são apresentadas demonstrações práticas em Q#, ilustrando aplicações da computação quântica em tarefas que evidenciam sua vantagem computacional. Essas demonstrações reforçam a aplicabilidade dos computadores quânticos, destacando seu potencial para solucionar problemas complexos de forma eficiente.Quantum computing has advanced significantly in recent years; however, noise and decoherence remain fundamental challenges in building scalable and reliable quantum processors. This work explores topological quantum computing as a promising approach to mitigate these limitations, utilizing non-abelian anyons and topological qubits, which exhibit inherent resistance to local errors due to their global encoding. Furthermore, this study reviews Microsoft Azure Quantum’s publication on Majorana 1, which promises to be a milestone in the scalability of quantum computing by employing Majorana zero modes to enable qubit expansion in a manner analogous to the evolution of transistors in classical computing. This research review is conducted in a didactic manner to facilitate the understanding of the involved concepts and their relevance to the advancement of quantum processors. Finally, practical demonstrations in Q# are presented, illustrating applications of quantum computing in tasks that highlight its computational advantage. These demonstrations reinforce the applicability of quantum computers, emphasizing their potential to efficiently solve complex problems.