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Este artigo é baseado no artigo de título “The Quantum Technology Ecosystem Explained”, escrito por Steve Blank (*), e resume os principais pontos, conceitos, e definições da Tecnologia Quântica, e explora o crescente impacto das tecnologias quânticas em áreas como computação, comunicações e sensores.

O texto aborda como bilhões estão sendo investidos nesse campo e destaca três mercados principais: Computação Quântica, Comunicações Quânticas e Sensores Quânticos.

Explica também conceitos-chave, como superposição e entrelaçamento, além de discutir as aplicações militares e comerciais emergentes, especialmente em criptografia e otimização de processos.

Você pode ler o artigo completo no link: Steve Blank – Quantum Technology Ecosystem.

(*) Steve Blank (nascido em 1953) é um empreendedor em série do Vale do Silicio e um acadêmico de empreendedorismo baseado em Pescadero, California. Blank é reconhecido pelo desenvolvimento da metodologia Customer Development, que lançou as bases para o movimento Lean Startup.


Computação Quântica: A Próxima Fronteira

Investimentos públicos e privados de dezenas de bilhões de dólares estão sendo direcionados às tecnologias quânticas.

Governos em todo o mundo perceberam o potencial disruptivo dessas inovações para empresas e poder militar, investindo coletivamente cerca de US$ 24 bilhões em pesquisa e aplicações quânticas.

Além disso, a cada semana surgem novas manchetes sobre avanços em tecnologias quânticas, destacando investimentos e o progresso de empresas no setor.

Em 2021, fundos de capital de risco investiram mais de US$ 2 bilhões em mais de 90 empresas de tecnologia quântica, sendo que mais de US$ 1 bilhão foram direcionados especificamente para a computação quântica.

Empresas como IonQ, D-Wave e Rigetti se tornaram públicas com valorizações próximas de US$ 1,5 bilhão.

Mas por que tanto entusiasmo em torno da computação quântica, considerando que ainda levará uma década (ou mais) para que esses computadores superem os sistemas tradicionais?

Computação Quântica

As Três Principais Áreas de Aplicação da Tecnologia Quântica

Existem três grandes mercados para tecnologias quânticas, cada um com potencial disruptivo:

Computação Quântica

A computação quântica promete revolucionar a maneira como resolvemos problemas complexos.

Enquanto os computadores clássicos operam em bits que podem ser 0 ou 1, os computadores quânticos utilizam qubits, que podem estar em superposição, representando simultaneamente 0 e 1.

Essa característica permite que problemas de otimização e criptografia sejam resolvidos de forma exponencialmente mais rápida.

No entanto, ainda existem grandes desafios, como a correção de erros e a estabilidade dos qubits.

As aplicações comerciais mais promissoras, como na criptografia, devem surgir nas próximas décadas, mas já atraem investimentos bilionários.

Empresas como IBM, Google e startups especializadas estão à frente no desenvolvimento de hardware e algoritmos específicos para essa nova classe de computadores.

Comunicações Quânticas

O campo das comunicações quânticas se baseia no princípio do emaranhamento quântico, onde partículas separadas por grandes distâncias mantêm uma conexão que permite a troca de informações de forma extremamente segura.

A comunicação quântica pode, teoricamente, fornecer redes invioláveis, onde qualquer tentativa de interceptação seria imediatamente detectada.

Atualmente, essa tecnologia está sendo testada em redes de fibra óptica e até em comunicações via satélite.

Embora ainda longe de uma implementação comercial em larga escala, as comunicações quânticas têm potencial para transformar a segurança de dados em setores críticos como defesa, finanças e comunicações governamentais.

Sensoriamento Quântico

Sensores quânticos são dispositivos que utilizam os efeitos da mecânica quântica para medir propriedades físicas com uma precisão sem precedentes.

Esses sensores podem revolucionar campos como a medicina, geofísica e defesa.

Exemplos incluem magnetômetros quânticos que detectam variações mínimas em campos magnéticos, ou gravímetros quânticos que podem mapear alterações na gravidade da Terra para detectar túneis subterrâneos ou submarinos.

No campo médico, sensores quânticos poderiam criar novos dispositivos de imagem com maior precisão e menos invasivos.

Embora ainda sejam protótipos, essas tecnologias têm o potencial de criar mercados totalmente novos e impactar áreas cruciais da sociedade.

Promete criar novos dispositivos médicos e aplicações militares, mas ainda está longe de se tornar escalável.

“Se você acha que entende a mecânica quântica, você não entende a mecânica quântica.” – Richard Feynman.

Conceitos Fundamentais da Computação Quântica

Superposição

As partículas quânticas podem existir em vários estados ao mesmo tempo. Isso possibilita aplicações em computação quântica.

No mundo da computação quântica, uma partícula, como um elétron ou um fóton, não está necessariamente em um único estado definido.

Em vez disso, ela pode existir em múltiplos estados ao mesmo tempo – um conceito conhecido como superposição.

Essa propriedade permite que os qubits em um computador quântico realizem várias operações simultaneamente, aumentando significativamente a capacidade de processamento.

A superposição é o fundamento para muitos dos potenciais avanços da computação quântica, possibilitando uma exploração mais eficiente de soluções para problemas complexos que seriam impossíveis de resolver com a tecnologia clássica.

Emaranhamento

Partículas podem ser conectadas de tal forma que a medição de uma afeta imediatamente a outra, independentemente da distância. Esse conceito tem aplicações em comunicações quânticas.

Descrito por Albert Einstein como “ação fantasmagórica à distância”, o emaranhamento ocorre quando duas partículas quânticas, mesmo que estejam separadas por vastas distâncias, permanecem conectadas de tal forma que o estado de uma afeta instantaneamente o estado da outra.

Essa característica é fundamental para as comunicações quânticas, pois permite a troca de informações de forma instantânea e segura.

A aplicação prática do emaranhamento está sendo explorada em redes quânticas e na distribuição de chaves criptográficas, onde a tentativa de interceptação da informação resultaria imediatamente em detecção.

Qubits

São as unidades de computação quântica, aproveitando a superposição para codificar informações de maneira extremamente eficiente.

Um qubit (bit quântico) é a unidade básica de informação na computação quântica.

Diferentemente de um bit clássico, que pode ser 0 ou 1, um qubit pode estar em ambos os estados ao mesmo tempo devido à superposição.

Isso significa que, enquanto um computador clássico processa um único estado de cada vez, um computador quântico pode explorar múltiplos estados simultaneamente, o que torna sua capacidade de processamento exponencial.

O desafio com os qubits é mantê-los estáveis, pois são extremamente sensíveis à interferência externa, o que pode causar erros nos cálculos.

Computadores Quânticos e seu Potencial

Enquanto os computadores clássicos utilizam transistores para representar estados binários (0 ou 1), os computadores quânticos usam qubits, que podem estar simultaneamente em 0 e 1.

Isso permite uma capacidade de processamento exponencialmente superior, especialmente para resolver algoritmos complexos.

No entanto, a tecnologia ainda enfrenta desafios significativos, como altas taxas de erro e a necessidade de operar em temperaturas extremamente baixas.

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Mesmo assim, os computadores quânticos poderão, teoricamente, resolver problemas complexos exponencialmente mais rápido do que os computadores clássicos.

Os Quatro Tipos de Computadores Quânticos

A computação quântica está em desenvolvimento em diferentes formas, e os computadores quânticos podem ser categorizados em quatro tipos principais.

Cada tipo possui características e limitações específicas, e estamos em estágios iniciais de desenvolvimento para muitos deles.

Emuladores/Simuladores Quânticos

São computadores clássicos que simulam algoritmos quânticos, mas não são mais rápidos que os computadores convencionais.

Estes são sistemas clássicos que simulam algoritmos quânticos, permitindo que desenvolvedores testem e ajustem algoritmos sem a necessidade de hardware quântico real.

Embora não ofereçam vantagens de velocidade sobre os computadores clássicos, eles desempenham um papel crucial no desenvolvimento de software quântico, servindo como uma ponte para futuras implementações em computadores quânticos universais.

Simuladores quânticos estão ajudando cientistas e engenheiros a entender melhor como algoritmos quânticos podem funcionar e identificar potenciais problemas antes que o hardware quântico esteja totalmente desenvolvido.

Quantum Annealers

Computadores quânticos especializados em resolver problemas de otimização combinatória.

Quantum annealers são computadores quânticos especializados que se destinam a resolver problemas específicos de otimização combinatória, como encontrar a melhor solução em grandes conjuntos de dados.

O D-Wave é a empresa mais conhecida por desenvolver quantum annealers.

Embora tenham mais qubits físicos do que outros tipos de sistemas quânticos, esses qubits não são organizados em uma arquitetura de porta lógica, como em computadores quânticos universais.

Isso significa que, embora possam ser úteis para resolver certos tipos de problemas, ainda estão longe de alcançar a flexibilidade necessária para a computação geral ou criptografia avançada.

Computadores Quânticos NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum)

Protótipos de computadores quânticos universais, com capacidades limitadas.

Os computadores NISQ são protótipos de computadores quânticos universais, com menos qubits e menor estabilidade em comparação com o que será necessário no futuro.

Atualmente, esses sistemas têm de 50 a 100 qubits e são limitados em termos de profundidade de portas lógicas e tempos de coerência (ou seja, quanto tempo os qubits permanecem em superposição).

Embora os computadores NISQ ainda não sejam capazes de realizar cálculos úteis em escala comercial, eles são uma etapa crucial no desenvolvimento da tecnologia quântica.

O progresso no desenvolvimento desses sistemas está ajudando a melhorar a compreensão de como construir computadores quânticos mais robustos e estáveis.

Computadores Quânticos Universais (CRQC)

O objetivo final, com milhões de qubits físicos corrigidos de erros, capazes de resolver algoritmos quânticos complexos, especialmente em criptografia.

Esse é o “santo graal” da computação quântica.

Um computador quântico universal seria capaz de resolver qualquer problema que um computador clássico pode resolver, além de resolver problemas que são intratáveis para sistemas clássicos, como a quebra de criptografia atual.

A criação de um CRQC requer milhões de qubits físicos para garantir a correção de erros e a tolerância a falhas.

Um CRQC seria uma ferramenta poderosa para simulações químicas, otimização de cadeias de suprimentos e, mais notoriamente, para a execução do algoritmo de Shor, que poderia quebrar os sistemas criptográficos usados atualmente.

No entanto, ainda estamos a pelo menos uma década de distância dessa tecnologia se tornar realidade, e há grandes desafios técnicos a serem superados, como a redução de taxas de erro e a criação de hardware capaz de manter qubits estáveis por longos períodos.

Impacto de um Computador Quântico Universal na Criptografia

A criptografia pública usada hoje em dia, baseada na dificuldade de fatorar grandes números primos, estaria em risco com a introdução de um computador quântico universal.

O algoritmo de Shor, por exemplo, poderia quebrar os códigos criptográficos mais avançados, criando grandes preocupações de segurança.

Estima-se que, com 8.194 qubits lógicos, um computador quântico poderia quebrar a criptografia RSA-2048 em 20 minutos, tornando-o um alvo principal de investimento e pesquisa.

Comunicações Quânticas e Segurança

As comunicações quânticas, embora diferentes da computação quântica, também oferecem avanços promissores, como a distribuição de chaves quânticas seguras.

No entanto, a aplicação dessa tecnologia em larga escala ainda enfrenta desafios significativos.

Sensores Quânticos e Metrologia

Os sensores quânticos têm aplicações em áreas como cronometragem precisa, imagem quântica e sensoriamento magnético e gravitacional.

Esses sensores podem criar novos dispositivos médicos e sistemas militares, como a detecção de submarinos, aeronaves furtivas e túneis escondidos.

Esforços Nacionais e Comerciais

Governos em todo o mundo estão investindo significativamente em pesquisa e aplicações de tecnologia quântica.

O montante de US$ 24 bilhões já investido em 2021 mostra a seriedade e o potencial disruptivo dessa tecnologia para o futuro.

Conclusão

As tecnologias quânticas estão prestes a transformar setores inteiros, desde a computação até a defesa.

O caminho ainda é longo, mas as aplicações potenciais, especialmente na área de defesa, surgirão primeiro.

À medida que essa tecnologia amadurece, ela terá um impacto profundo na maneira como as empresas e governos operam, destruindo mercados antigos e criando novos.


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Autor deste Artigo: Paulo Florêncio, Sócio e Diretor Comercial da Target

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