Especialistas da Embrapii comentam como as tecnologias quânticas poderão redefinir o futuro da indústria. No Brasil, o Centro de Competência Embrapii em Tecnologias Quânticas tem como foco a Comunicação Quântica voltado ao setor produtivo

Escrito por
Otto Menegasso e Mauro Queiroz (Centro de Competência Embrapii em Tecnologias Quânticas)
Luan Saldanha (Embrapii)

No cenário atual, o termo “Quântico” permeia o imaginário comum, muitas vezes, como um rótulo para indicar complexidade ou avanço tecnológico. Essa sobrecarga, e às vezes mau uso, surge da intricada natureza da física quântica, gerando um enigma místico em torno de seus conceitos. A complexidade matemática do mundo quântico e a falta de uma compreensão clara de seu potencial impacto ampliam essa aura de mistério. Neste contexto, explorar as tecnologias quânticas revela-se crucial para compreendermos seu impacto na indústria.

Embora pareça que saíram de um filme de ficção científica, as tecnologias quânticas são fascinantes inovações baseadas na mecânica quântica, prontas para moldar nosso mundo real. Mas, como as tecnologias quânticas poderão redefinir o futuro? Desde criptografia até computação, detecção e comunicação, o domínio das tecnologias quânticas promete impulsionar aplicações industriais de maneiras sem precedentes.

O que são as tecnologias quânticas?

As tecnologias quânticas compõem toda técnica ou ferramenta que usa dos princípios da física quântica em seu funcionamento. Esses princípios são fundamentados no comportamento das partículas que compõem o mundo subatômico, como fótons (partículas de luz) e elétrons (partículas que orbitam ao redor do núcleo dos átomos).

No centro desta tecnologia está a exploração de fenômenos quânticos (a superposição, o emaranhamento e a interferência), os quais abrem possibilidades no processamento e manipulação de informações.

Por exemplo, a grande diferença entre os computadores que conhecemos e os quânticos é o tipo de informação que eles lidam. Enquanto nos computadores convencionais usamos “bits” para representar informações (0 ou 1, ligado ou desligado), nos computadores quânticos usamos “qubits” ou bits quânticos (que podem ser 0, 1 ou um estado intermediário entre os dois, a superposição!), os quais são consideravelmente mais complexos e, portanto, conseguem reter e processar grandes quantidades de informação. Os qubits exploram propriedades da física quântica que são inacessíveis quando lidamos apenas com bits.

Entretanto, devido aos desafios tecnológicos envolvidos na construção de um computador quântico, atualmente esses dispositivos são desenvolvidos e comercializados apenas por grandes empresas.

A principal limitação dos computadores quânticos é a necessidade de resfriamento criogênico, alcançando temperaturas extremamente baixas (próximas a -273 ºC, ou 0K). Isto é necessário pois os fenômenos físicos utilizados para representar qubits são extremamente frágeis, resultando na perda de informação e na acumulação de erros durante a operação computacional.

Impacto das tecnologias quânticas para a indústria

O maior impacto da adoção de tecnologias quânticas na indústria é na revolução nos campos da computação, comunicação e criptografia. Por exemplo, usando os princípios da mecânica quântica busca-se criar redes de comunicação superseguras (enviar mensagens com uma codificação inquebrável é uma das possibilidades). Com isto, seria possível proteger transações financeiras, dados confidenciais do governo e comunicações militares contra ataques cibernéticos.

A nível de computadores quânticos, estes têm o potencial de realizar cálculos muito mais rapidamente do que os computadores tradicionais em certas tarefas específicas. O acesso às propriedades da física quântica muda a forma como um computador quântico opera de uma maneira tão fundamental que torna possível resolver problemas tidos como insolúveis para a computação clássica. Um caso de uso conhecido é simular sistemas complexos de uma forma que os computadores clássicos não conseguem, como, por exemplo, substâncias químicas desenvolvidas pela indústria farmacêutica.

Com base nestas possibilidades, empresas como Airbus e BMW já buscam a computação quântica como alternativa para a resolução dos problemas mais complexos de seu setor (clique aqui se desejar saber mais informações).

Na indústria farmacêutica, a empresa Odyssey está usando computação quântica em uma plataforma de descoberta de novos medicamentos. No contexto de simulação de materiais, Volkswagen está buscando novas soluções para baterias (clique aqui e saiba mais).

Outro setor que pode se beneficiar muito da computação quântica é o setor financeiro. Grupos como J.P. Morgan, Goldman Sachs, Wells Fargo e Itaú já possuem planos internos para explorar novas soluções usando computação quântica.

Como o Brasil está se posicionando sobre as tecnologias quânticas

As tecnologias quânticas já começam a avançar no país, inclusive sendo uma das tecnologias estratégicas a nível de governo, visto que se trata, também, de uma questão de soberania nacional.

O SENAI CIMATEC é uma das instituições de PD&I que executam ações relacionadas às tecnologias quânticas. Uma destas ações é o Centro de Competência Embrapii em Tecnologias Quânticas – conhecido também como QuIIN – Quantum Industrial Innovation. Seu foco de atuação se concentra na Comunicação Quântica, especialmente em sistemas de Distribuição Quântica de Chaves em Variáveis Contínuas (CV-QKD).

Para esta iniciativa estão sendo investidos R$ 60 milhões pela Embrapii para diversos projetos que serão executados no Centro de Competência: desde a formação e capacitação de profissionais nesta área, assim como a criação de competência e desenvolvimento de nova tecnologias quânticas, as quais permitam inserir o país no mapa das nações mais avançadas neste tema. Para saber mais sobre o Centro de Competência Embrapii em Tecnologias Quânticas, basta clicar aqui.

A outra ação executada pelo SENAI CIMATEC é o Centro Latino-Americano de Computação Quântica (LAQCC), que tem como foco a Computação Quântica. Nesse centro, encontra-se o primeiro e maior simulador de computação quântica da América Latina, chamado Kuatomu (o qual faz parte também do QuIIN).

Esta infraestrutura permite a realização de pesquisas para desenvolver novas soluções para a indústria, incorporando princípios da computação quântica para melhorar seu desempenho e encontrar soluções inovadoras para desafios empresariais.

Além disto, diversas parcerias entre institutos de pesquisa de renome, como o Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), e entidades acadêmicas, como a Sociedade Brasileira de Computação (SBC) e Universidades Federais, estão empenhadas em projetos de pesquisa que exploram novas abordagens quânticas para algoritmos computacionais específicos, como também são realizadas pesquisas que investigam a performance de sistemas de supercondutividade para compreender o funcionamento físico do hardware quântico.

Essas colaborações não apenas impulsionam a pesquisa científica nacional, mas também contribuem para o avanço global no campo da computação quântica.

Tecnologias quânticas redefinindo o futuro

É importante, cada vez mais, desmistificarmos o tema tecnologias quânticas, pois ela já está causando impacto no mundo da tecnologia. As empresas e os governos estão realizando grandes investimentos nesta tecnologia, porque existe um grande potencial de redefinir muitas ações do nosso futuro industrial.

Imagine as tecnologias quânticas como uma nova caixa de ferramentas para cientistas e engenheiros explorarem novas soluções e abrir possibilidades para o futuro da humanidade. Vale a pena acompanhar o tema!