Poderia a computação quântica ser a tecnologia que impulsiona o seu salto quântico para a frente?

Por

EYQ

EYQ é o think tank da EY.

Ao explorar "O que vem depois do futuro?", o EYQ ajuda os líderes a antecipar as forças que moldam o nosso futuro — capacitando e ajudando a aproveitar o lado positivo da disrupção e a construindo um mundo de negócios melhor.

15 Minutos de leitura 3 out 2019

Mostrar recursos

Quando a computação quântica chega ao seu ponto de ruptura, as empresas e os governos precisam estar preparados para novas oportunidades e possibilidades. Saiba como.

Imagine carros elétricos que não precisam ser recarregados por mil quilômetros. Ou descobrir e levar para o mercado o próximo grande medicamento de sucesso, que reverte os efeitos da doença de Alzheimer dez anos mais rápido do que alguém pensava ser possível. Ou criar um meio de comunicação totalmente seguro e sem brechas através da internet. Estes são apenas alguns exemplos das possibilidades que a computação quântica poderia abrir para indivíduos, sociedades e corporações.

O que é a computação quântica?

A computação quântica procura explorar o comportamento das partículas atômicas e subatômicas para realizar uma computação significativamente mais rápida e eficiente do que os supercomputadores mais potentes disponíveis atualmente. Essa aceleração dramática poderia expandir o escopo da computação e, por sua vez, remodelar indústrias, economias e sociedades inteiras.

Após décadas de pesquisa, um progresso significativo nos últimos anos trouxe uma forma básica de computação quântica para fora dos laboratórios e para o domínio público, tornando-a disponível para qualquer pessoa através da nuvem. Este é um feito notável. Como Andrew Fursman, CEO da 1Qbit, explica: "Pela primeira vez, as pessoas tiveram sucesso na construção de sistemas quânticos rudimentares muito pequenos que pelo menos se parecem com os componentes de uma arquitetura mais escalável".

A próxima revolução?

Isso significa que estamos no início de uma mudança significativa de paradigma tão revolucionária quanto a internet ou os smartphones? Os esforços de pesquisa em andamento nas empresas de tecnologia, juntamente com iniciativas financiadas pelo governo e uma série de startups financiadas pelo VC, levantaram esperanças públicas de uma revolução quântica iminente. No entanto, os especialistas concordam que a computação quântica ainda é incipiente, com vários obstáculos de engenharia ainda por superar.

Neste contexto, o desafio para as empresas é determinar se e quando devem começar a preparar-se para um possível — ou provável — futuro quântico. E com implicações significativas para a futura segurança nacional e competitividade econômica dos países, os governos terão de começar a considerar investimentos juntamente com a elaboração de uma estratégia quântica nacional.

Aqueles que procuram manter uma vantagem estratégica e competitiva a longo prazo terão de acompanhar os desenvolvimentos da computação quântica e interagir com o ecossistema quântico em crescimento. Os líderes que começarem a desenvolver conhecimentos e a testar o potencial da computação quântica de hoje estarão mais bem posicionados para tirar partido das incríveis oportunidades que a tecnologia promete criar.

As tecnologias quânticas oferecem um enorme potencial de disrupção. Líderes C-level que querem que suas empresas sejam relevantes amanhã precisam começar a incorporar tecnologias quânticas em seu planejamento estratégico hoje.
Guarda-chuvas de praia simétricos vistos diretamente acima da Itália
(Chapter breaker)
1

Capítulo 1

Dimensionando a oportunidade quântica

O potencial para a computação quântica é enorme e o que sabemos até agora é provavelmente apenas a ponta do iceberg.

Como funciona

Conceituada inicialmente pelo famoso físico Richard Feynman no início dos anos 80, a computação quântica apresenta um esquema inteiramente novo para armazenar e processar informações.

Computadores clássicos, sejam eles smartphones, laptops ou supercomputadores, armazenam informações em bits que podem ser um ou zero. Longas cadeias de bits sustentam cada computação em uma máquina clássica e adicionar mais bits aumenta os recursos computacionais proporcionalmente.

Os computadores quânticos fornecem a informação em qubits que podem ser um e zero ao mesmo tempo — um fenômeno físico quântico chamado superposição. Além disso, as saídas podem ser inextricavelmente ligadas entre si — mesmo em distâncias muito longas — e uma vez intrincada, as alterações a uma saída irão influenciar todas as outras saídas no sistema. Graças a estas propriedades, os qubits podem armazenar substancialmente mais informações. Ao mesmo tempo, adicionar mais qubits aumenta exponencialmente e paralela as capacidades de informação ou processamento de dados do sistema.

Soa um pouco como mágica? A verdade é que enquanto a teoria quântica prova através de equações que é possível uma velocidade de cálculo significativa para certos tipos de problemas, é muito difícil dizer como é que isto acontece exatamente num sistema quântico. Basta dizer que a mecânica quântica oferece um método de computação que a computação clássica não consegue alcançar nem replicar.

O ponto principal do Quantum Computing

Apesar da sua capacidade computacional teórica, a computação quântica não é um substituto para os computadores binários tradicionais. "Uma boa regra geral é se um computador clássico está fazendo um ótimo trabalho em uma determinada tarefa, então essa não é a melhor plataforma para obter benefícios quânticos", explica Juan Miguel Arrazola, físico teórico da startup de computação quântica baseada em Toronto, Xanadu. Em vez disso, os sistemas quânticos serão mais adequados aos problemas computacionais que os computadores clássicos enfrentam.

Teoricamente, a computação quântica promete uma vantagem de velocidade significativa sobre a computação clássica para certos problemas.

A vantagem teórica da computação quântica

Computação Clássica

Computação Quântica

Criptografia
RSA 2048 criptografia de fator de número primário1

1 bilhão de anos

~100 segundos

Química
Simulação de ferredoxina2

Intratável

~300 segundos

Ciência dos Materiais
descoberta e otimização de materiais termoelétricos3

15 anos

15 meses

Serviços Financeiros
avaliação de risco para grandes carteiras4

Pernoite ou Dias

Tempo real ou horas

A força da computação quântica reside na resolução de problemas que até agora se têm revelado intratáveis

Uma dessas classes de problemas é a simulação de sistemas biológicos complexos a nível atômico ou molecular. A química quântica pode revelar-se particularmente útil nos domínios da descoberta de medicamentos, da ciência dos materiais e da formulação de novos produtos químicos. 

1. A farmácia, ciências da vida e química oportunidade

As empresas farmacêuticas já estão a explorar a capacidade da computação quântica para construir modelos mais precisos de moléculas complexas e simular eficazmente as suas interações. Enquanto ainda é cedo, a computação quântica pode eventualmente acelerar o desenvolvimento de medicamentos e até mesmo levar à  descoberta de melhores medicamentos  com menos efeitos colaterais para doenças anteriormente não tratáveis. Olhando para além da descoberta de drogas, o campo da biologia sintética promete uma abordagem inteiramente nova à concepção de curas usando a capacidade de ler e escrever genomas. Para alcançar esta visão, a biologia sintética exigirá computação quântica para modelar estruturas celulares complexas que possam combater eficazmente doenças como o cancro.

Da mesma forma, empresas dos setores de  fabricação de materiais e  produtos químicos ,   automotivo estão experimentando simulação quântica para descobrir melhores compostos para baterias mais eficientes para acionar veículos elétricos, materiais de aeronaves com baixo consumo de combustível, melhores painéis solares, além de novos catalisadores químicos para fertilizantes que reduziriam as emissões de carbono e melhorariam o rendimento das colheitas.

2. A oportunidade de otimização: serviços financeiros, transporte e planejamento urbano

Além da simulação, a computação quântica pode resolver problemas complexos de otimização que requerem o processamento de um grande número de soluções potenciais de forma extremamente rápida. O setor de serviços financeiros já está usando a computação quântica para explorar a otimização de riscos em grandes  portfólios financeiros. Entretanto, o sector dos transportes está a analisar a computação quântica para tornar a  gestão do tráfego  e os sistemas de transportes públicos mais eficientes.

Por exemplo, a Volkswagen desenvolveu um algoritmo quântico para  prever o volume de tráfego urbano, permitindo que organizações de transporte público e empresas de táxi implantassem suas frotas de forma otimizada para atender à demanda. Com veículos autônomos, navios, drones e até mesmo robôs de entrega preparados para invadir estradas, pavimentações, hidrovias e vias aéreas em todo o mundo, a computação quântica poderia desempenhar um papel fundamental na otimização de rotas para aliviar o congestionamento e melhorar a eficiência.

3. A oportunidade da segurança de dados

No campo da segurança da informação e da comunicação, a quantum provou teoricamente ser capaz de quebrar os protocolos de criptografia mais fortes da atualidade. Embora isso tenha sido motivo de alarme, especialmente com governos, ele também fornece novos métodos para futura criptografia quântica resiliente e comunicação segura que poderia ver o advento de uma  Internet quântica.

4.   A oportunidade de sensoriamento e mapeamento

Outra aplicação de curto prazo é o desenvolvimento de sensores quânticos. Por exemplo, sensores de gravidade quântica ou gravímetros permitiriam que engenheiros de construção e topógrafos mapeassem estruturas subterrâneas antes de executar grandes projetos de construção.  Os sensores quânticos  também podem ser utilizados para monitorizar vulcões, melhorar a detecção de doenças e até mesmo permitir que os automóveis vejam as curvas.

Mais recentemente, esforços estão em andamento em empresas e startups para entender a interseção entre computação quântica, aprendizado de máquina e inteligência artificial (IA). Em teoria, os recursos de armazenamento e processamento de dados da computação quântica poderiam  acelerar exponencialmente  o treinamento de algoritmos de autoaprendizagem. E no processo, resulta em sistemas de AI mais rápidos e precisos em uma ampla variedade de aplicações.   No entanto, "a aplicação da computação quântica à autoaprendizagem ainda não é concreta, é mais abstrata em comparação com a aplicação da computação quântica à simulação", diz Alireza Shabani, CEO e fundador da Qulab.

É fácil compreender o fascínio e o investimento na computação quântica, dado o potencial de gerar benefícios sociais significativos. No entanto, é provável que isto seja apenas a ponta do iceberg. "Como a história nos ensinou, muitas vezes quando surge uma tecnologia, as aplicações acabam por nos surpreender", diz Arrazola. Talvez só sejamos capazes de desbloquear todo o panteão de aplicações, oportunidades e valor comercial quando um computador quântico prático e utilizável for realizado.

Quatro pessoas caminhando no glaciar de Mendenhall Alaska USA
(Chapter breaker)
2

Capítulo 2

Superar os grandes desafios do Quantum

Estabilidade, escalabilidade e programabilidade representam os pontos de viragem para a viabilidade da computação quântica.

A realidade agonizante dos obstáculos de engenharia consideráveis que afligem a computação quântica é suficiente para temperar quaisquer visões utópicas de um futuro quântico. Ironicamente, as propriedades que tornam a computação quântica única, também apresentam seus desafios mais incômodos.

Para executar com sucesso um cálculo usando as leis da mecânica quântica é necessário que todos os qubits estejam em estados coerentes de sobreposição. A manutenção desta coerência é notoriamente difícil devido à fragilidade e instabilidade inerentes às saídas. A menor perturbação do ambiente externo – chamada de "ruído" no mundo quântico — pode causar o colapso de quitutes ou a queda da superposição, como um castelo de cartas. Este problema agrava-se quando se acrescentam mais saídas, uma vez que há mais oportunidades para que as forças externas façam descarrilar a coerência.

Existem estratégias criativas para mitigar o problema do "ruído", mas que impõem uma grande carga computacional. Tipicamente, os sistemas quânticos de hoje têm vários qubits duplicados para executar a correção de erros na esperança de chegar a uma computação qubit "lógica" legível e confiável. Essa propensão ao erro e a consequente carga de correções de erros derrota a promessa de velocidade e eficiência da própria computação quântica. Consequentemente, uma parte considerável dos esforços de investigação em curso centra-se na correção de erros.

Quando se trata de computação quântica, um padrão pode não servir a todos

Várias tecnologias estão disputando ser o padrão de hardware para computação quântica. Embora cada um tenha suas vantagens e desvantagens, o objetivo geral para todos eles é alcançar saídas lógicas, estáveis, escaláveis e de alta qualidade. Atualmente, duas tecnologias mostram grande promessa – qubits supercondutores e íons aprisionados. O primeiro é favorecido por muitas das maiores empresas de tecnologia como IBM e Alibaba. Algumas das startups mais promissoras do ecossistema, como a IonQ e a Alpine Quantum Technologies, estão buscando esta última. Outros ainda perseguem o fóton, o silício e o qubit topológico mais esotérico. Alguns têm vantagens em termos de escalabilidade, enquanto outros podem ser manuseados à temperatura ambiente e ainda assim manter a sua estabilidade.

É mais do que provável que surjam múltiplos padrões para a tecnologia qubit e a arquitetura de computação quântica, cada um deles se prestando a tarefas especializadas específicas. As arquiteturas que serão aplicadas a cada domínio ainda não estão claras.

Além dos impedimentos tecnológicos e de engenharia, a computação quântica nos desafia a pensar de forma diferente sobre o mundo e a própria arquitetura da computação. Aproveitar verdadeiramente o poder prometido pelos sistemas quânticos significará desenvolver linguagens de codificação de software inteiramente novas, algoritmos, padrões de medição e uma série de ferramentas que ainda não foram inventadas.

Dada a variedade de hardware quântico que existirá, o desenvolvimento de uma pilha de software agnóstica de plataforma pode se tornar um ponto crítico para a democratização da tecnologia. Isso incentivará a experimentação e a inovação, levando a casos de uso inteiramente novos que ainda não foram pensados.

Conceber o caminho certo para a educação e o desenvolvimento também exigirá grande consideração.

Superar esta trindade de desafios – escalabilidade, estabilidade e programabilidade – será quase certamente um verdadeiro ponto de viragem para a viabilidade da computação quântica.

  • O hardware de computação quântica exige software multiplataforma

    Estamos a chegar a um ponto de inflexão na computação quântica onde precisamos do software certo para tirar o máximo partido dos gigantescos saltos em frente no hardware.

    Como não existe uma abordagem única para a computação quântica, existem várias arquiteturas de hardware quânticas no mercado hoje, cada uma com sua própria pilha de software proprietário. Para democratizar o uso de tecnologias quânticas, essas pilhas de software precisam ser semelhantes o suficiente ao que está disponível no mundo clássico para serem acessíveis a uma gama mais ampla de desenvolvedores.

    Além disso, como a computação quântica e a computação clássica estarão operando lado a lado, tem que haver um software padronizado para a computação quântica que seja compatível com os recursos computacionais clássicos para que aqueles que procuram tirar proveito da computação quântica possam aproveitar os benefícios de ambos.

    Aliro Technologies (Aliro), um spin out do NarangLab da Universidade de Harvard, faz um software que facilita a acessibilidade a dispositivos quânticos. Ele oferece uma plataforma para que os desenvolvedores escrevam software que eles podem otimizar de acordo com os detalhes específicos do dispositivo.

    O objectivo do Aliro é ter o seu software multiplataforma, agnóstico por hardware e pronto para a nuvem a ajudar a colocar os dispositivos de computação quântica nas mãos do maior número possível de pessoas, aumentando exponencialmente as probabilidades de descobrir as fantásticas ofertas potenciais de computação quântica.

    Para as empresas, o software do Aliro reduz a barreira à entrada, desde que tenham talento para compreender como funciona o hardware quântico.

Tenda vermelha solitária com luz na beira do penhasco.jpg
(Chapter breaker)
3

Capítulo 3

Preparação para as possibilidades quânticas

As organizações precisam ganhar uma compreensão realista da computação quântica, seus benefícios e o que precisam fazer para aproveitar as oportunidades.

Muitas tecnologias que hoje damos por garantidas teriam parecido inimagináveis mesmo há apenas uma década. Da mesma forma, embora a computação quântica pareça repleta de complexidade e desafios hercúleos, é possível que uma década ou mais a partir de agora a humanidade possa achar a vida inimaginável sem a computação quântica. No entanto, tal como acontece com qualquer tecnologia de fase inicial, existe um elevado grau de ambiguidade quanto às aplicações que mais irão mudar o jogo e quanto ao momento em que o seu impacto comercial será maior.

Não sabemos o que o futuro nos reserva para a computação quântica, mas, independentemente disso, acredito que iremos eventualmente desenvolver algo útil com esta tecnologia.
Sen Yang
Professor Assistente na Universidade Chinesa de Hong Kong
  • A história não deve ser ignorada

    A história está repleta de exemplos de tecnologias cujo potencial foi subestimado, mas que se tornou indispensável na vida quotidiana. Aqui estão alguns exemplos:

    • Em 1977, Ken Olsen, o fundador da DEC, afirmou que não havia nenhuma razão para que alguém quisesse um computador em sua casa.
    • Em 1981, Martin Cooper, desenvolvedor do primeiro telefone celular portátil, disse que os telefones celulares nunca irão substituir os telefones fixos com fio
    • Em 2007, antes que o primeiro iPhone fosse introduzido, muitos especialistas em tecnologia previam que seria um fracasso. Eles disseram que não seria nada além de um produto de luxo atraente apenas para um público pequeno e que seu impacto seria irrelevante.

    As tecnologias em fase inicial podem parecer um nicho de mercado ou demasiado problemáticas para se tornarem mainstream. No entanto, como estes exemplos demonstram, seria insensato ignorar o seu potencial.

Não podemos subestimar os progressos que serão feitos num futuro próximo a médio prazo. Portanto, como diz Shabani de Qulab, "as empresas de todas as indústrias precisam de ganhar uma compreensão realista da computação quântica e das suas potenciais aplicações. Com base nisso, podem decidir que aspectos são relevantes para eles." O que sabemos, porém, até agora, é que o quantum irá alterar radicalmente a ciência dos dados e, por extensão, as estratégias de dados das empresas.

Como ponto de partida para os executivos da C-suite, aqui estão algumas questões-chave a considerar quando eles começam a pensar sobre a relevância da computação quântica para seus negócios:

  • Que problemas você está tendo problemas para resolver com a computação clássica?
    Estes podem ser problemas nos domínios da cibersegurança, otimização ou simulação.
  • Alguém na suite C tem conhecimentos de computação quântica?
    Se sim, em seguida, alavancar seus conhecimentos para resolver ambiguidades e integrar a computação quântica em seu planejamento estratégico de longo prazo e visão. Se não, então considere formar parcerias com startups, laboratórios universitários ou empresas de tecnologia para explorar possíveis aplicações e começar a construir um ecossistema.
  • Qual é o lugar da computação quântica no seu portfólio e agenda de inovação?
    Como a tecnologia ainda está em estágio inicial, considere idealizar e testar casos de uso aproveitando o hardware de computação quântica existente na nuvem — não construa nem compre seu próprio hardware.
  • Sua futura força de trabalho exigirá habilidades de computação quântica?
    Considere como você pode atrair talentos da computação quântica à medida que a tecnologia amadurece. Considere também os passos que você pode tomar para começar a construir o conhecimento institucional dentro de sua organização hoje mesmo.

Além das corporações, os governos também vão querer considerar seu nível de investimentos em computação quântica, dadas as implicações significativas na segurança nacional e na competitividade econômica. Os governos dos EUA, UE, China, Austrália, Canadá e outros já anunciaram programas de pesquisa ambiciosos e financiamento significativo. No entanto, os níveis de financiamento variam significativamente entre os países com a China liderando o pacote.

Qualquer estratégia nacional relacionada à computação quântica precisará colocar o talento na frente e no centro. A criatividade e o engenho humanos serão fundamentais para superar os problemas consideráveis da computação quântica. Junto com as iniciativas corporativas, os governos também precisarão começar a desenvolver estratégias para atrair e nutrir talentos se quiserem alavancar e se beneficiar da computação quântica.

A computação quântica precisa fazer parte da estratégia de longo prazo de cada organização

Por enquanto, com incerteza e oportunidade de partes iguais, a computação quântica continua a confundir e a capturar a imaginação. Em última análise, todas as empresas e países — grandes e pequenos — terão de manter a computação quântica na visão periférica da sua estratégia a longo prazo. Não sabemos quando é que a computação quântica chegará ao seu ponto de viragem, mas quando isso acontecer as empresas e os governos vão querer estar preparados para dar o salto para a era quântica.

A longo prazo, ter engenheiros experientes e a trabalhar nesta tecnologia de ponta parece realmente valioso e isso tem de começar com investimentos razoavelmente modestos hoje em dia.
Andrew Fursman
CEO 1QBit

Resumo

À medida que a computação quântica amadurece, ela abrirá oportunidades inimagináveis para empresas de todos os setores. Ao adotar essa tecnologia mais cedo, as empresas poderiam usar a computação quântica para formular sua próxima ideia de um bilhão de dólares. C-suites e conselhos de empresas precisam começar a pensar agora sobre a integração da computação quântica em seu plano estratégico de longo prazo, construindo conhecimento institucional para o futuro e abordando os desafios que estão além.

Sobre este artigo

Por

EYQ

EYQ é o think tank da EY.

Ao explorar "O que vem depois do futuro?", o EYQ ajuda os líderes a antecipar as forças que moldam o nosso futuro — capacitando e ajudando a aproveitar o lado positivo da disrupção e a construindo um mundo de negócios melhor.