Nova Metassuperfície Cria Fonte de Luz Quântica Escalável

Resolvendo a Luz Quântica

Quantum computing holds many promises, from solving otherwise impossible-to-compute calculations, potentially even breaking all existing forms of encryption along the way, to creating ultra-efficient computers from an energy consumption point of view.

Se os computadores quânticos se tornarem poderosos o suficiente, eles poderiam revolucionar completamente a medicina através do cálculo instantâneo da configuração 3D de proteínas, ciências dos materiais, modelagem climática ou até mesmo treinamento de IAs.

É provável que a comunicação entre chips quânticos e computadores quânticos seja feita através do uso da partícula elementar da luz: fótons.

Mais precisamente, fótons emaranhados, que interagem entre si por efeitos quânticos, mesmo quando estão separados. Especialmente agora que está comprovado que podemos usar fibras ópticas normais para transmitir dados quânticos por pelo menos dezenas de quilômetros.

No entanto, produzir fótons emaranhados tem sido um grande desafio, e impede a possibilidade de escalar os computadores quânticos a um tamanho, confiabilidade e custo onde sejam úteis.

Estão sendo desenvolvidas soluções alternativas, por exemplo, a produção de fótons individuais a partir de uma fonte de fótons imperfeita, através de óptica não linear e teletransporte de fótons individuais. Aumentar a eficiência das fontes de luz usando érbio é outra opção potencial.

Mas, em última análise, muitas dessas soluções podem ser complexas demais para resolver o problema, razão pela qual um metamaterial recém‑desenvolvido pode mudar o futuro dos computadores quânticos. Este componente em escala nanométrica, capaz de transferir informações quânticas escaláveis e de baixa decoerência para a luz, foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Harvard e publicado na prestigiosa revista Science¹ sob o título “Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference“.

Fontes de Luz Quântica

Para transferir dados entre os sub‑componentes de um computador quântico e entre diferentes computadores quânticos, os dados quânticos precisam ser preservados. Isso normalmente é alcançado através da criação de partículas emaranhadas, especialmente fótons.

Essas partículas emaranhadas replicarão o estado uma da outra, mesmo quando separadas por grandes distâncias.

Até agora, os pesquisadores em computação quântica têm usado principalmente métodos “tradicionais” de geração de fótons emaranhados. Isso ocorre ou passando os fótons por guias de onda em microchips estendidos ou por meio de dispositivos volumosos construídos com lentes, espelhos e divisores de feixe.

O problema é que esses sistemas são muito grandes, complexos e difíceis de produzir em quantidades suficientes para que o método escale até os números exigidos por uma rede quântica.

Outro problema é a “decoerência”. Uma maior complexidade matemática surge quando o número de fótons e, portanto, o número de qubits começa a aumentar.

Cada fóton adicional introduz muitas novas vias de interferência, que em uma configuração convencional exigiriam um número rapidamente crescente de divisores de feixe e portas de saída.

Metassuperfície Quântica

Metamateriais

Metamateriais alteram a estrutura de um determinado material, conferindo-lhe características diferentes das propriedades dos materiais base dos quais são feitos.

Isso geralmente é alcançado criando padrões repetitivos de forma precisa, geometria, tamanho, orientação, etc., tudo em escala nanométrica.

A criação de microestruturas regulares de forma controlada pode levar a um desempenho aprimorado de um material em comparação com seu componente base. Isso pode ser influenciado por diversas propriedades, como eletromagnética, acústica, resistência estrutural, térmica, etc.

Fonte: Science

É isso que os pesquisadores de Harvard criaram, com um novo tipo de metasuperfícies, dispositivos planos gravados com padrões de manipulação de luz em escala nanométrica.

“Estamos introduzindo uma grande vantagem tecnológica quando se trata de resolver o problema de escalabilidade.

Agora podemos miniaturizar todo um conjunto óptico em uma única metasuperfície que é muito estável e robusta.”

Kerolos M.A. Yousef – Graduate Student at Harvard

Como a Metassuperfície Permite Luz Quântica Escalável

A complexidade matemática de muitos fótons necessários para cálculos quânticos complexos pode ser tratada com um ramo da matemática chamado teoria dos grafos. Explicado de forma simples, ele usa pontos e linhas para representar conexões e relacionamentos.

Fonte: Science

Embora a teoria dos grafos seja usada em certos tipos de computação quântica e correção de erros quânticos, ainda não foi utilizada no contexto de metasuperfícies, especialmente em seu design e operação.

A teoria dos grafos permitiu que os pesquisadores determinassem visualmente como os fótons interferem entre si e previssem seus efeitos em experimentos.

Novo Dispositivo de Emaranhamento de Fótons

Usando a teoria dos grafos e técnicas comerciais de fabricação de semicondutores, os pesquisadores criaram “interferômetros multiportas compactos”.

Eles usaram a teoria dos grafos para codificar tanto o design físico quanto as correlações quânticas que produz em nanostruturas dos interferômetros.

“Também oferece uma nova visão sobre a compreensão, design e aplicação de metasuperfícies, especialmente para gerar e controlar luz quântica. Com a abordagem de grafos, de certa forma, o design da metasuperfície e o estado quântico óptico tornam‑se duas faces da mesma moeda.”

Neal Sinclair – Research at Harvard University

Eles então testaram seu desempenho, usando detectores de nanofios supercondutores para medir o comportamento dos fótons.

Provou que esta abordagem oferece muitas vantagens:

• O design não requer alinhamentos intrincados, facilitando muito a fabricação e a montagem.
• É muito resistente a perturbações, com baixas perdas ópticas.
• É simples de fabricar, tornando‑a mais escalável e mais econômica.

Este trabalho concentrou‑se principalmente nas possíveis aplicações em computação quântica.

Ele poderia, no entanto, também ser útil para sensoriamento quântico, ou oferecer capacidades de “laboratório‑em‑um‑chip” para pesquisas científicas fundamentais.

“Estou entusiasmado com esta abordagem, porque ela pode escalar eficientemente computadores e redes quânticas ópticas — que há muito tempo têm sido seu maior desafio em comparação com outras plataformas como supercondutores ou átomos,”

Neal Sinclair – Research at Harvard University

Investindo em Computação Quântica

Honeywell / Quantinuum

Quantinuum é o resultado da fusão da Honeywell Quantum Solutions com a Cambridge Quantum.

A Honeywell continua sendo a acionista majoritária da empresa (aproximadamente 52% de participação) após uma rodada de captação que a avaliou em US$ 5 bilhões. O fundador Ilyas Khan teria cerca de 20% da empresa. Outros acionistas incluem JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM e JP Morgan.

Um IPO potencial da Quantinuum no futuro, possivelmente como parte de uma reestruturação corporativa maior, é estimado em até US$ 20 bilhões e poderia ocorrer entre 2026 e 2027.

A computação quântica não é a parte central do negócio da Honeywell; ela está mais focada em produtos nas áreas de aeroespacial, automação e produtos químicos e materiais especiais.

Cada um desses domínios pode, no entanto, se beneficiar da computação quântica, especialmente química computacional e cibersegurança quântica, potencialmente dando à Honeywell uma vantagem sobre seus concorrentes.

O modelo principal da empresa atualmente é o H2, um chip de íons aprisionados com 56 qubits, com fidelidade de porta de dois qubits de 99,895%.

As próximas 3 gerações, chegando a mais de 1000 qubits, já estão planejadas, com os próximos lançamentos programados para 2025, 2027 e 2029.

Fonte: Quantinuum

A versão mais recente, chamada Apollo, seria a inovação que permitiria inúmeras aplicações comerciais com computação quântica.

Em conclusão, por meio de uma combinação de avanços na prontidão de hardware e QEC, temos uma visão clara para o Apollo até o final da década, uma máquina totalmente tolerante a falhas e com vantagem quântica. Isso será um ponto de inflexão comercial: inaugurando uma era de descobertas científicas em física, materiais, química e mais.

A empresa tem buscado computação de alta qualidade com muito poucos erros, em vez de adicionar o máximo possível de qubits propensos a falhas, criando o chamado “computação quântica tolerante a falhas”.

Essa abordagem é rotulada pela empresa como “Qubits melhores, resultados melhores”, com uma quantidade semelhante de qubits alcançando resultados de 100 a 1.000 vezes mais confiáveis.

Fonte: Quantinuum

Isso poderia fazer uma diferença notável na criptografia resistente a quantum, urgentemente necessária, com a empresa de defesa Thales (HO.PA -0.96%) já colaborando com Quantinuum bem como os bancos internacionais HSBC e JP Morgan.

A Quantinuum também oferece sua química computacional quântica proprietária InQuanto, utilizável para farmacêuticos, ciências dos materiais, produtos químicos, energia e aplicações aeroespaciais.

Como muitas outras empresas de computação quântica, a Quantinuum oferece Helios, um “hardware‑como‑serviço”, permitindo que os usuários se beneficiem da computação quântica sem precisar lidar com a complexidade de operar o sistema por conta própria.

A Quantinuum assinou em novembro de 2024 uma parceria com a alemã Infineon, a maior fabricante de semicondutores da Europa. A Infineon trará sua tecnologia de fotônica integrada e eletrônica de controle para ajudar a criar a próxima geração de computadores quânticos de íons aprisionados.

À medida que a fotônica integrada se aproxima de casos de uso práticos, agora está claro o quão importante essa parceria pode ser para o futuro da Quantinuum. Neste ponto, parece que o próximo passo da empresa será lançar o primeiro chip fotônico‑quântico focado em IA do mundo.

Nos próximos meses, a Quantinuum compartilhará resultados de colaborações em andamento, demonstrando o potencial inovador dos avanços impulsionados por quantum na IA Generativa.

A inovadora capacidade Gen QAI aprimorará e acelerará o uso de Estruturas Metálicas Orgânicas para entrega de medicamentos, abrindo caminho para opções de tratamento mais eficientes e personalizadas, com detalhes a serem revelados no lançamento do Helios.

Quantinuum Announces Generative Quantum AI Breakthrough with Massive Commercial Potential

O anúncio nesta publicação faz parte de uma série de notícias relacionadas ao rápido progresso da conexão entre IA e computação quântica realizada na Quantinuum.

Mais casos de uso em andamento poderiam impulsionar fortemente o valor futuro da empresa e, consequentemente, a participação da Honeywell nela, bem como o lucro potencial que os investidores poderiam obter.

(Você também pode ler nosso relatório completo sobre o negócio central da Honeywell em sensores, peças aeroespaciais e materiais avançados, além de seu envolvimento na Quantinuum)

Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da Honeywell (HON)

Estudo Referenciado

^{1. Kerolos M. A. Yousef, Marco D’Alessandro, Matthew Yeh, Neil Sinclair, Marko Loncar, and Federico Capasso. Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference. Science. 24 Jul 2025. Vol 389, Issue 6758 pp. 416-422. DOI: 10.1126/science.adw8404}