Top 10 Empresas de Computação Não‑Silício

Do Silício a Novas Formas de Computação

A indústria de computação nasceu quando dispositivos mecânicos começaram a realizar cálculos que, até então, eram reservados ao cérebro humano. Mas foi com os tubos de vácuo e, posteriormente, os transistores que os verdadeiros computadores começaram a ser criados.

A próxima revolução foram os chips de silício, com densidade de transistores cada vez maior para um poder de computação cada vez maior.

Fonte: Mobile First

Atualmente, a indústria de semicondutores está experimentando sistemas cada vez mais poderosos para criar chips na faixa de 5 nm e até 2 nm. Isso nos aproxima de um problema, pois, em algum ponto, usar transistores de silício cada vez menores deixará de ser possível.

Um único átomo de silício é um limite teórico, mas problemas de engenharia prática provavelmente farão isso acontecer antes desse limiar.

Então, o poder de computação deixará de progredir a partir daqui? Provavelmente não.

No entanto, a solução será realizar computação usando princípios totalmente novos. Existem, na verdade, muitas maneiras potenciais de computar sem depender de transistores de silício. Podemos observar as ideias mais promissoras sem entrar em detalhes técnicos.

Semicondutores Não‑Silício

Um semicondutor é um material com a capacidade de alternar entre ser condutor (transmite corrente elétrica, cria um dado “1” em binário) ou isolante (bloqueia corrente elétrica, cria um dado “0” em binário).

O silício tem sido o material de escolha para criar chips semicondutores, mas muitas alternativas agora estão sendo exploradas. Qualquer material que apresente a propriedade chamada de banda proibida pode ser um bom candidato.

Fonte: Energy Education

Dióxido de Vanádio

Por muito tempo, o dióxido de vanádio tem sido visto como uma boa opção para substituir o silício. Isso porque ele passa por um fenômeno conhecido como “transições metal‑isolante”, que ocorre em apenas um trilionésimo de segundo.

A velocidade da transição metal‑isolante deve permitir eletrônicos mais rápidos e menores em comparação com eletrônicos clássicos baseados em silício.

Pesquisas recentes conseguiram estudar o dióxido de vanádio depositado em um substrato de dióxido de titânio.

Eles também descobriram que o dióxido de titânio pode ser um semicondutor. Essa descoberta poderia permitir a criação de chips neuromórficos que aprendem ao nível de hardware, inspirando‑se nos cérebros de sistemas vivos com neurônios.

Graças à sua transição muito rápida de isolante para metal, o dióxido de vanádio com um substrato ativo de dióxido de titânio poderia ser usado para criar osciladores de disparo semelhantes a neurônios de Mott capazes de replicar, ao nível de hardware, neurônios biológicos.

Grafeno

Outro bom candidato é o grafeno, um material 2D com condutividade elétrica extremamente alta. É até um potencial supercondutor e um “material maravilhoso” cujas propriedades ainda estão sendo descobertas em tempo real.

Você pode ler mais sobre os primeiros esforços bem‑sucedidos para transformar grafeno em material semicondutor em nosso artigo “Grafeno Semicondutores – Eles Finalmente Chegaram?”

Materiais Orgânicos

De acordo com uma descoberta recente, material orgânico poderia ser forçado a formar uma estrutura 2D semelhante ao grafeno. Isso poderia torná‑los tão ultra‑condutores quanto o grafeno, exibindo naturalmente propriedades semicondutoras, ao contrário do grafeno que precisa ser “forçado a fazê‑lo”.

Você pode aprender mais sobre essa opção em “Os Semicondutores Orgânicos Podem Combinar os Benefícios do Grafeno & Silício?”

Otimizando o Consumo de Energia dos Semicondutores

Um problema ao usar transistores cada vez mais rápidos e menores é o crescente consumo de energia.

Uma alternativa poderia ser usar uma técnica chamada “portão redox”. Isso depende mais de uma reação química (redox) e poderia reduzir drasticamente a demanda de energia.

Se o preço da computação começar a subir devido aos custos de energia mais do que aos próprios chips, esta pode ser uma solução que veremos implementada também. Exploramos as últimas notícias sobre este tema em “Portão Redox Pode Conduzir a Novos Níveis de Eficiência em Eletrônicos Minúsculos”.

Fotônica

Materiais semicondutores alternativos tentam substituir o silício. Mas e se a computação fosse feita inteiramente sem usar elétrons, transistores e semicondutores?

Esta é a ideia da fotônica, que busca realizar computação diretamente com luz.

A luz é a coisa mais rápida do universo, portanto poderia ser ordens de magnitude mais rápida que a computação baseada em silício e semicondutores.

Na prática, a fotônica ainda pode envolver silício mas também poderia contar com cristais.

Devido à natureza ondulatória da luz, o design fotônico depende de curvas e princípios de design únicos (e ainda não totalmente maduros tecnologicamente) que diferem dos usados para semicondutores.

Fonte: Synopsis

Computação Quântica

A computação também pode ser realizada medindo não a corrente elétrica, mas o estado quântico das partículas.

Em vez de gerar 0 e 1 (nenhuma corrente ou corrente), usa‑se “bits quânticos”, chamados qubits, onde os dados da partícula são 0 E 1 ao mesmo tempo, ou 1, ou 0.

Devido à diferença fundamental no cálculo, a computação quântica não é uma alternativa à computação “normal”, mas sim um complemento.

A computação padrão funciona linearmente e tem dificuldades com cálculos muito complexos, como modelagem climática, criptografia ou a configuração 3D de moléculas complexas como proteínas. E esse é precisamente o tipo de cálculo em que a computação quântica deve se sobressair.

Portanto, embora talvez não substitua o silício, os computadores quânticos podem executar tarefas que antes eram quase impossíveis para chips de silício.

Você pode ler mais sobre as últimas notícias em computação quântica em nosso artigo “O Estado Atual da Computação Quântica”.

Orgânulos Biológicos

Nossos cérebros são essencialmente supercomputadores, ao menos quando se trata de processos como reconhecimento de padrões, linguagem, etc. E são muito eficientes nisso, consumindo apenas algumas dezenas de watts.

Uma startup suíça, a FinalSpark, desenvolveu agora uma esfera de 0,5 mm (orgânulo) feita de 10 000 neurônios humanos. E a usa para realizar computação. O serviço será até acessível via nuvem.

Este é um campo muito novo, e ainda não se sabe até onde ele chegará. Mas quem sabe, talvez um dia nossos dispositivos autônomos funcionem com neurônios em vez de chips.

Top 10 Ações Não‑Silício

1. International Business Machines Corporation

A International Business Machines Corporation (IBM ) (IBM) foi a força líder por trás da comercialização do primeiro computador mainframe. Contudo, ficou para trás em volume de produção em relação a outros gigantes de tecnologia como Apple (AAPL ), TSMC e NVIDIA (NVDA ).

No entanto, está na vanguarda do desenvolvimento de computadores quânticos. Por exemplo, desenvolveu seu computador quântico de 127 qubits “Eagle”, que foi seguido por um sistema de 433 qubits conhecido como “Osprey”.

E isso agora é seguido por “Condor”, um processador quântico supercondutor de 1 121 qubits baseado na tecnologia de porta de ressonância cruzada, junto com “Heron”, um processador quântico na fronteira do campo.

A IBM está envolvida na maioria das outras inovações de ponta em computação e na indústria de semicondutores. Estas incluem materiais orgânicos condutores, computação neuromórfica, fotônica, etc.

Em certa medida, a IBM se tornou uma “empresa de patentes” com expertise em desenvolver novos métodos de computação e licenciá‑los para a indústria.

Até agora, parece muito determinada a manter o maior número possível de patentes-chave em todos os métodos de computação não‑silício que conseguir, replicando seu sucesso passado ao contribuir massivamente para o desenvolvimento da indústria de semicondutores até o gigante que é hoje.

2. Microsoft Corporation

Já líder em serviços de nuvem “normais”, a Microsoft (MSFT ) é pioneira ao oferecer serviços de computação quântica na nuvem com Azure Quantum.

É totalmente possível que a maior parte da computação quântica no futuro seja feita “remotamente”, confiando em serviços de nuvem como o da Microsoft, em vez de acesso direto a um computador quântico.

Isso é ainda mais provável, pois a maioria das aplicações de computação quântica será pesquisada por bioquímicos, especialistas em ciência dos materiais, cientistas climáticos e outros especialistas sem formação específica em computação quântica.

Portanto, confiar em profissionais dedicados que trabalham em empresas como IBM, Microsoft ou Google para lidar com a parte de computação faz mais sentido do que contratar ou treinar pessoas não preparadas para o campo.

O serviço da Microsoft oferece “computação híbrida”, combinando computação quântica com serviço tradicional de supercomputação baseado em nuvem.

Fonte: Microsoft

Em vez de integração vertical, a abordagem da Microsoft para a computação quântica tem sido estabelecer parcerias com líderes no campo que cobrem praticamente todas as tecnologias possíveis para alcançar a computação quântica, como IonQ (IONQ), Pasqal, Quantinuum, QCI (QUBT), e Rigetti (RGTI).

Fonte: Microsoft

A Microsoft também estabeleceu no final de 2023 uma colaboração com Photonic, empresa que trabalha na fusão de computação quântica e fotônica.

A Microsoft também tem trabalhado em chips fotônicos analógicos para a indústria financeira.

A computação quântica não é central para o negócio da Microsoft, pelo menos por enquanto. Ainda assim, é um ator central do setor e pode representar uma escolha de ação “mais segura” em comparação com a aquisição direta de ações de seus parceiros de computação quântica que são negociadas publicamente, como QCI ou Rigetti.

3. Alphabet Inc.

O Google está muito ativo em computação quântica, principalmente através de seu laboratório Google Quantum AI e do campus Quantum AI em Santa Barbara.

O computador quântico do Google fez história em 2019 quando a empresa afirmou ter alcançado a “supremacia quântica” com sua máquina Sycamore, realizando um cálculo em 200 segundos que levaria 10 000 anos em um supercomputador convencional.

Mas talvez a maior contribuição do Google esteja no software, uma atividade onde tem um histórico muito melhor que hardware (pesquisa, G Suite, Android, etc.). O Quantum AI do Google já disponibiliza um conjunto de softwares projetados para auxiliar cientistas no desenvolvimento de algoritmos quânticos.

O Google também é um apoiador ativo de empresas de fotônica como a Lightmatter.

O Google provavelmente será uma das empresas que definirão os padrões de software e programação de computação quântica, influenciando diretamente onde o campo evoluirá no futuro. Sua rede poderosa e atividade de capital de risco também deverão garantir um lugar em quaisquer outras formas de computação não‑silício.

4. Intel

A Intel (INTC ) é um grande produtor de chips e parece pretender alavancar essa força no campo da computação quântica.

Recentemente lançou “Tunnel Falls”, o “chip de qubit de spin de silício mais avançado”. O que é notável é que não se trata de um protótipo, mas de um chip construído em escala, com taxa de rendimento de 95 % em todo o wafer e uniformidade de voltagem. Isso abre caminho para a produção em massa de chips de computação quântica, algo ainda elusivo em uma indústria nascente e em rápida mudança.

Fonte: Intel

Fiel às suas raízes, a Intel também está desenvolvendo o software para utilizar seus chips, com o lançamento do Intel Quantum SDK. Isso fornece diretrizes para programadores desenvolverem softwares de computação quântica compatíveis com o design de chip quântico da Intel, que historicamente tem sido um forte e lucrativo diferencial de negócios para a linha de chips convencional da Intel.

Fonte: Intel

A chegada da fabricação escalável de chips quânticos pode ser tão revolucionária para a indústria quanto qualquer outro avanço científico‑técnico, reduzindo custos e estabelecendo padrões comuns de programação e arquitetura de chips.

No final de 2023, a Intel decidiu vender seu negócio de fotônica para Jabil (JBL).

No geral, a Intel está avançando na computação quântica e parece ter uma estratégia clara de focar nesse tópico acima da fotônica e de outras alternativas.

5. Nvidia

O principal fabricante de placas gráficas e, mais recentemente, de rigs de mineração de criptomoedas e chips de IA, evoluiu de um fabricante de peças de PC para um dos gigantes globais de tecnologia.

A Nvidia também está ativa no espaço de computação quântica, com seu NVIDIA DGX Quantum que combina chips normais e computação quântica usando a recém‑aberta plataforma de software CUDA quantum.

Fonte: Nvidia

Buscando reforçar sua liderança em IA, a Nvidia também lançou seu QuantumX-800 para redes de IA otimizadas em data centers.

No que diz respeito à fotônica, a Nvidia firmou uma parceria com a TSMC e a Broadcom.  Ela buscará criar um módulo único através de óptica co‑embalada (CPO) integrando chips de silício clássicos e fotônica.

No geral, o sucesso da Nvidia está intimamente ligado ao atual boom de IA, e a computação quântica e a fotônica vêm em segundo plano. Contudo, ela se beneficiará do crescimento desses setores e parece determinada a permanecer na corrida.

6. Quantinuum / Honeywell

Quantinuum é o resultado da fusão da Honeywell Quantum Solutions com a Cambridge Quantum (e, como mencionado, parceira da computação quântica em nuvem da Microsoft).

Quantinuum parece, por enquanto, focar em segmentos menos explorados por outros sistemas de computação quântica, notadamente análises financeiras e de cadeias de suprimentos, por meio de seu motor Quantum Monte Carlo Integration (QMCI), lançado em setembro de 2023.

QMCI aplica‑se a problemas que não têm solução analítica, como precificação de derivativos financeiros ou simulação de resultados de experimentos de física de partículas de alta energia, e promete avanços computacionais em negócios, energia, logística de cadeias de suprimentos e outros setores.

Como a Microsoft, a computação quântica não é a parte central do negócio da Honeywell, que está mais centrada em produtos aeroespaciais, automação e produtos químicos e materiais especiais.

No entanto, considerando que cada um desses segmentos de negócios poderia se beneficiar da computação quântica, não é difícil enxergar o caso de negócio da Honeywell se envolver.

Isso faz da Honeywell tanto provedora de serviços de computação quântica quanto uma das empresas que poderia se beneficiar da aplicação de computadores quânticos a casos de negócios reais, algo que a integração da Quantinuum ao grupo deve ajudar a fomentar em ritmo mais rápido que seus concorrentes industriais.

7. Synopsys

Qualquer sistema fotônico terá que ser integrado da forma mais fluida possível com sistemas de silício, pelo menos inicialmente. A Synopsys pode ajudar nisso.

A empresa é especialista em design e verificação de silício, ou seja, seu software é usado para projetar novos chips, incluindo chips ultra‑avançados de 5 nm e menores.

A empresa também oferece software para fotônica descrito como “o único fluxo de design contínuo da indústria para dispositivos, sistemas e circuitos integrados fotônicos”. Isso permite lidar com o design e a simulação de novos dispositivos fotônicos.

Fonte: Synopsis

A empresa também desenvolveu uma joint venture com a Juniper Network para criar OpenLight, uma empresa de fotônica que usa fosfeto de índio.

8. Juniper Network

A Juniper afirma oferecer a solução wireless nativa‑cloud nº 1 e a única rede Wi‑Fi impulsionada por IA. Isso a coloca diretamente em competição com gigantes mais antigos e estabelecidos como a Cisco. A tecnologia da Juniper, Juniper Mist, é alegada ser mais escalável, flexível e melhor na detecção de anomalias do que a oferta equivalente da Cisco.

As soluções da empresa dependem fortemente de IA, com seu motor de IA “Marvis” usado em todos os níveis da rede, do usuário ao data center.

Fonte: Juniper

Quanto à segurança, a Juniper também apresenta resultados excepcionais em firewalls, defesa contra ameaças e proteção contra exploits, superando a maioria dos fornecedores como Fortinet (FTNT ), Palo Alto, Zscaler, etc.

A Juniper também oferece Circuitos Fotônicos Integrados (PICs), que atualmente são usados principalmente para transmissão de dados e sensores. Espera‑se que sejam parte integral de futuros computadores baseados em fotônica.

Fonte: Synopsis

9. Rigetti Computing, Inc.

Rigetti é uma empresa de computação quântica, “detentora de IP crítico para nosso processador multi‑chip inovador e a abordagem híbrida quântico‑clássica que se tornou a arquitetura predominante de computação quântica.”.

A empresa está integrando todas as etapas necessárias para a computação quântica, desde o design e fabricação de chips até a entrega em nuvem da potência computacional.

Fonte: Rigetti

A empresa foca menos em adicionar o maior número possível de qubits (como gigantes como a Intel) e mais em aperfeiçoar seu produto existente e alcançar um nível muito alto de fidelidade e velocidade, tornando‑o um produto comercial mais confiável.

Sua iteração mais recente, o Ankaa‑3 de 84 qubits, deve ser revelada na segunda metade de 2024. Baseado no conceito Ankaa, a empresa almeja um sistema de 336+ qubits a longo prazo.

Fonte: Rigetti

Em dezembro de 2023, a Rigetti iniciou as vendas do sistema de 9 qubits Novera, um “mini computador quântico” vendido por “apenas” US$ 900 000 com entrega em 4‑6 semanas.

Os primeiros clientes incluíram o Centro SQMS do Fermilab, o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea e a Horizon Quantum (HQ ) Computing.

A empresa anunciou na primavera de 2024 que se juntaria ao Índice Russell 3000.

10. IPG Photonics

A IPG é uma fabricante de lasers que produz virtualmente todos os tipos de lasers, incluindo lasers de fibra, diodo, UV e UV profundo. Com 6 200 funcionários, envia mais de 42 000 dispositivos a laser por ano.

Sua especialidade está em lasers de fibra, com altos níveis de precisão e a capacidade de gerar pulsos laser tão curtos quanto um femtossegundo (um quadrilhão de vezes um segundo).

Os lasers da IPG são atualmente usados para:

• Aplicações científicas avançadas (espectroscopia, microscopia, interferometria, armadilha óptica, etc.)
• Fabricação de baterias e motores elétricos de veículos elétricos.
• Processamento de materiais, especialmente corte de metal, gravação, limpeza e impressão 3D a laser.
• Microprocessamento a laser, onde os lasers são usados para criar estruturas ultra‑pequenas.

Embora avanços em chips fotônicos sejam necessários para criar computadores totalmente baseados em fotônica, já sabemos que isso integrará um componente específico e já comum: lasers.

A luz para a computação fotônica precisa ser baseada em luz muito estável emitida pelo laser. Portanto, líderes na indústria de lasers, como a IPG, se beneficiariam de um boom na demanda de lasers da indústria de semicondutores que está mudando progressivamente para a fotônica.

E nesse segmento nascente, impulsos laser ultra‑curtos podem ser transformados em poder de computação ultra‑rápido.