Computação
Escalando Computadores Quânticos com Qubits de Átomo Único
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Qubits de Átomo Único: Uma Nova Era para a Computação Quântica
Os computadores quânticos são máquinas extraordinariamente complexas, explorando variações mínimas no comportamento de átomos individuais para computação. Como tal, eles tanto utilizam quanto revelam novas percepções sobre a própria natureza do universo na escala atômica e de partículas individuais.
Essas percepções provavelmente serão necessárias para construir computadores quânticos em escala, pois quanto mais complexo o sistema, mais difícil é construí‑lo suficientemente grande para usos práticos.
Pesquisadores da Universidade de Sydney, Austrália, conseguiram recentemente codificar múltiplos dados de cálculo quântico em um único átomo, potencialmente revolucionando o tamanho físico dos qubits de computação quântica (o equivalente quântico dos bits dos computadores “normais”).
Eles publicaram seus resultados na prestigiosa revista científica Nature Physics1, sob o título “Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits”.
Tornando o Qubit Confiável
Atualmente, os qubits são produzidos ou por um método chamado “íons aprisionados”, ou usando materiais supercondutores ultra‑frio.
Fonte: Forbes
Ambos os métodos têm suas limitações:
- Os íons aprisionados contêm apenas um pequeno número de qubits, mas são mais confiáveis e produzem menos erros.
- Os materiais supercondutores têm mais qubits e espera‑se que sejam mais fáceis de escalar, mas são mais propensos a erros.
Em ambos os casos, a taxa de erro afeta a proporção entre qubits físicos e lógicos, ou a quantidade de qubits físicos necessária para criar um qubit funcional do ponto de vista computacional.
À medida que o número de qubits úteis (ou lógicos) cresce, o número de qubits físicos necessários aumenta ainda mais. Conforme isso escala, a enorme quantidade de qubits necessária para criar uma máquina quântica útil torna‑se um pesadelo de engenharia.
Portanto, tornar os computadores quânticos mais resistentes a erros pode ser a tarefa mais importante dos pesquisadores na área atualmente, pois eliminaria o principal obstáculo à construção de computadores quânticos úteis em grande escala.
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| Tipo de Qubit | Escalabilidade | Taxa de Erro | Temperatura |
|---|---|---|---|
| Íon Aprisionado | Baixa (poucos qubits) | Baixa | Temperatura ambiente |
| Supercondutor | Alta | Alta | Próximo ao zero absoluto |
| Átomo Único (Sydney) | Potencialmente alta | Corrigível com GKP | Temperatura ambiente |
Reduzindo o Tamanho dos Qubits
Os pesquisadores australianos usaram um íon aprisionado (com um átomo carregado de ítrio) como sistema de computação quântica, e uma forma de codificação de dados chamada código Gottesman‑Kitaev‑Preskill (GKP).
GKP é um tipo de código que se espera ajudar a corrigir erros em computadores quânticos. Mas criá‑lo na prática tem sido até agora difícil.
A chave é criar um “portão lógico”, um interruptor de informação que permite que computadores – quânticos e clássicos – sejam programáveis.
Usando um software de controle quântico desenvolvido pela Q‑CTRL, uma startup derivada do Quantum Control Laboratory, os pesquisadores codificaram os dados em um único átomo, em 3D.
Essencialmente, dois conjuntos de dados são armazenados como a vibração de um único átomo, um conjunto como vibração da “esquerda para a direita”, e o outro como vibração de “cima para baixo”.
“Efetivamente, armazenamos dois qubits lógicos corrigíveis a erros em um único íon aprisionado e demonstramos emaranhamento entre eles.
Vassili Matsos – estudante de PhD na School of Physics e Sydney Nano”
Construindo um Portão Lógico de Átomo Único
Para realizar essa façanha da física quântica, eles usaram um complexo conjunto de lasers em temperatura ambiente para manter o átomo único na armadilha, permitindo que suas vibrações naturais fossem controladas e utilizadas para produzir os complexos códigos GKP.
Fonte: Nature Physics
A parte da “temperatura ambiente” é muito importante, pois torna o processo inerentemente mais fácil e barato do que os computadores quânticos supercondutores que exigem temperaturas próximas ao zero absoluto e hélio líquido.
“Nossos experimentos mostraram a primeira realização de um conjunto universal de portas lógicas para qubits GKP.
Fizemos isso controlando precisamente as vibrações naturais, ou oscilações harmônicas, de um íon aprisionado de forma que pudéssemos manipular qubits GKP individuais ou emaranhá‑los como um par.
Rumo a Computadores Quânticos Escaláveis
É a combinação de controles em temperatura ambiente, um portão lógico de átomo único e o código de redução de erros que torna esta descoberta tão importante.
Juntos, isso abre caminho para um novo tipo de computador quântico de íons aprisionados que poderia ser muito mais simples de construir e muito mais fácil de escalar.
“Nossos experimentos alcançaram um marco importante, demonstrando que esses controles quânticos de alta qualidade fornecem uma ferramenta chave para manipular mais de um qubit lógico.
Ao demonstrar portas quânticas universais usando esses qubits, temos uma base para trabalhar em direção ao processamento de informação quântica em grande escala de forma altamente eficiente em hardware.
Paralelamente, várias novas descobertas foram feitas recentemente mostrando o potencial de interconectar computadores quânticos. Portanto, se cada um está se tornando mais poderoso, e as redes quânticas estão se aproximando da realidade, isso pode ajudar a criar uma explosão na capacidade utilizável de qubits.
Computadores Quânticos Desvendando Nova Física
Computadores quânticos em escala provavelmente revolucionarão a criptografia e a pesquisa científica, graças à sua enorme capacidade de resolver problemas complexos demais para serem computados por computadores binários.
Mas isso também pode abrir, indiretamente, um caminho totalmente novo para os físicos estudarem o domínio quântico.
Isso é o que surge das análises feitas nos computadores quânticos do Google por pesquisadores da Princeton University, Cornell University, Purdue University, University of Nottingham (Reino Unido), Technical University of Munich (Alemanha) e Google Research, de acordo com uma nova publicação na Nature2, intitulada “Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories”.
Medindo a Teoria de Gauge
O computador quântico do Google permite que os pesquisadores experimentem e testem a chamada “Teoria de Gauge em Rede” (LGT), um tipo de teoria quântica de campos que postula a existência de campos de gauge (campos que mediam forças, como o campo eletromagnético) e bósons de gauge (as partículas elementares que carregam essas forças).
Fonte: Nature
A equipe mostrou como as partículas e as “cordas” invisíveis que as conectam se comportam, flutuam e até se rompem.
Fonte: Nature
Os pesquisadores confirmaram naquele estudo que essas “cordas” poderiam ser medidas e observadas em computadores quânticos.
“Aproveitando o poder do processador quântico, estudamos a dinâmica de um tipo específico de teoria de gauge e observamos como as partículas e as ‘cordas’ invisíveis que as conectam evolvem ao longo do tempo.”
Ao criar situações muito controladas para observar efeitos quânticos, sem exigir os níveis de energia muito altos dos aceleradores de partículas, fica claro que os computadores quânticos podem se tornar ferramentas chave da pesquisa em física fundamental.
“Nosso trabalho mostra como os computadores quânticos podem nos ajudar a explorar as regras fundamentais que regem nosso universo.
Ao simular essas interações no laboratório, podemos testar teorias de novas maneiras.
Michael Knap, Professor of Collective Quantum Dynamics at the TUM School of Natural Sciences
O Futuro dos Computadores Quânticos Escaláveis
O potencial dos computadores quânticos ainda não foi totalmente compreendido, pois eles são regularmente reinventados a partir de seus princípios fundamentais, não muito diferente de como os primeiros computadores passaram de cartões perfurados para tubos de vácuo e depois transistores de silício. Exceto que o ritmo de mudança é muito mais rápido.
Isso implica que muito em breve, poderemos ver um grande progresso na fabricação de computadores quânticos maiores e mais poderosos, que também podem ser interconectados para capacidades ainda maiores.
Isso pode abrir caminho não apenas para capacidades de computação muito maiores, mas para uma compreensão totalmente nova da matéria e da física quântica, com, por exemplo, um estado de matéria totalmente novo como the recently demonstrated “topological state” by Microsoft quantum computing teams (Majorana-1 chip) (MSFT ).
Investindo em Computação Quântica
Honeywell / Quantinuum
HON Gráfico de preços
Embora o computador quântico do Google possa revelar novas percepções sobre a teoria da física quântica, a descoberta de um potencial qubit de 1 átomo usando tecnologia de íons aprisionados parece tornar esse método muito mais próximo da viabilidade comercial do que os computadores quânticos supercondutores.
Quantinuum é o resultado da fusão da Honeywell Quantum Solutions com a Cambridge Quantum.
A Honeywell continua sendo a acionista majoritária da empresa (provavelmente 52% de participação) after a fundraising round valuing it at $5B. 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, is estimated to be worth as much as $20B e might occur between 2026 and 2027.
A computação quântica não é a parte central do negócio da Honeywell, que está mais focada em produtos de aeroespacial, automação e produtos químicos e materiais especiais.
Cada um desses domínios pode, no entanto, se beneficiar da computação quântica, especialmente computational chemistry e cibersegurança quântica, potencialmente dando à Honeywell uma vantagem sobre seus concorrentes.
O modelo principal da empresa atualmente é o H2, um chip de 56 qubits de íons aprisionados, com 99,895% de fidelidade de porta de dois qubits.
A empresa tem buscado computação de alta qualidade com muito poucos erros, mais do que simplesmente adicionar o máximo de qubits possível, criando o que se chama de “computação quântica tolerante a falhas”.
Essa abordagem é rotulada pela empresa como “Melhores qubits, melhores resultados”, com uma quantidade semelhante de qubits alcançando resultados de 100 a 1.000 vezes mais confiáveis.
Fonte: Quantinuum
Isso pode fazer uma diferença notável na criptografia resistente a quantum, urgentemente necessária, com a empresa de defesa Thales (HO.PA -0,96%) already collaborating with Quantinuum assim como the international banks HSBC e JP Morgan.
A Quantinuum também oferece sua química computacional quântica proprietária InQuanto, utilizável para farmacêuticos, ciências de materiais, produtos químicos, energia e aplicações aeroespaciais.
Como muitas outras empresas de computação quântica, Quantinuum offers Helios, a “hardware-as-a-service”, permitindo que os usuários se beneficiem da computação quântica sem precisar lidar com a complexidade de operar o sistema por conta própria.
Quantinuum signed in novembro de 2024 a partnership with German Infineon, o maior fabricante europeu de semicondutores. 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, fica claro 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
Mais casos de uso em andamento podem impulsionar fortemente o valor futuro da empresa e, portanto, a participação da Honeywell nela, bem como o potencial de lucro que os investidores poderiam obter.
(Você pode ler mais sobre o resto das atividades industriais da Honeywell em automação, aeroespacial e materiais avançados no relatório dedicado à empresa).
Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da Honeywell (HON)
Estudos Referenciados
1. Matsos, V.G., Valahu, C.H., Millican, M.J. et al. Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits. Nature. Physics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, T.A., Jobst, B., Rosenberg, E. et al. Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories. Nature 642, 315–320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9
