O modelo de circuito quântico descreve um computador quântico como um sistema quântico fechado e assume que existe um sistema que executa o circuito, mas que é completamente isolado do resto do universo. No mundo real, no entanto, não existem mecanismos conhecidos para isolar verdadeiramente um sistema quântico de seu ambiente. Sistemas quânticos reais são sistemas quânticos abertos. Os sistemas quânticos abertos combinam com seu ambiente e destroem as informações quânticas no sistema por meio da decoerência . Ao examinar a evolução simples de um único sistema quântico, esse acoplamento sistema-ambiente parece causar erros na evolução do sistema quântico (o que não seria unitário neste caso).
Uma moeda tem dois estados e produz um bit bom, mas um qubit ruim, porque não pode permanecer em superposição headetailpor muito tempo, pois é um objeto clássico. Um único spin nuclear pode ser um qubit muito bom, porque a superposição de estar alinhado com ou contra um campo magnético externo pode durar muito tempo, até dias. Mas pode ser difícil construir um computador quântico a partir de rotações nucleares porque seu acoplamento é tão pequeno que é difícil medir a orientação de um único núcleo. A observação de que as restrições são opostas em geral: um computador quântico precisa estar bem isolado para manter suas propriedades quânticas, mas, ao mesmo tempo, seus qubits devem estar acessíveis para que possam ser manipulados para realizar cálculos e ler as informações. resultados. Uma implementação realista deve encontrar um equilíbrio entre essas restrições.
O primeiro passo para resolver o problema de descoerência foi dado em 1995, quando Shor e Steane descobriram independentemente um análogo quântico dos códigos clássicos de correção de erros. Shor descobriu que, ao codificar informações quânticas, essas informações poderiam se tornar mais resistentes à interação com seu ambiente. Após essa descoberta, uma teoria rigorosa da correção de erros quânticos foi desenvolvida. Muitos códigos diferentes de correção de erros quânticos foram descobertos e isso levou a uma teoria da computação quântica tolerante a falhas. O cálculo quântico totalmente tolerante a falhas descreve métodos para lidar com o acoplamento sistema-ambiente, bem como lidar com o controle defeituoso do computador quântico.
De particular importância foi a descoberta do teorema do limiar para o cálculo quântico tolerante a falhas. O teorema do limiar afirma que, se as interações de decoerência são de uma certa forma e são mais fracas do que as interações de controle por uma determinada razão, o cálculo quântico com qualquer precisão desejada pode ser alcançado. O teorema do limiar para tolerância a falhas, portanto, declara uma solução final para a questão de saber se existem limites teóricos para a construção de computadores quânticos robustos.
Referência: Decoerência, Controle e Simetria em Computadores Quânticos - D. Bacon