Ondas Sonoras Oferecem Avanço no Armazenamento de Informação Quântica

A computação quântica promete velocidade sem precedentes na solução de problemas complexos para impulsionar avanços nos campos de IA, finanças, logística, ciência dos materiais, descoberta de medicamentos e criptografia.

Mas embora o potencial da tecnologia seja enorme, realizá-lo não é fácil, pois na prática tem se mostrado realmente difícil fazer os computadores quânticos funcionarem e utilizá-los para resolver problemas do mundo real.

A computação quântica ainda é uma tecnologia experimental, com pesquisadores trabalhando superando os obstáculos para realizar simulações precisas de fenômenos em nível quântico. Um dos principais problemas aqui é armazenar informação por um longo período.

Isso ocorre porque, embora os qubits supercondutores possuam grandes capacidades para processar informação quântica, eles têm tempos de coerência bastante limitados.

Coerência é a capacidade de um sistema quântico manter a relação entre diferentes estados em uma superposição. Essa propriedade fundamental permite que os qubits existam em uma combinação linear de estados base, possibilitando o paralelismo e a interferência que são o núcleo da computação quântica. 

Essencial para a execução de operações quânticas, a coerência é bastante frágil e pode ser facilmente perdida mesmo por pequenas interações com o ambiente.

Se não houver coerência, o comportamento quântico é perdido pelo qubit, tornando os cálculos quânticos sem sentido. Enquanto isso, decoerência é o processo pelo qual a coerência se perde, e continua sendo um grande desafio na construção e operação de computadores quânticos.

Agora, os qubits supercondutores são uma forma física de realizar qubits, e eles dependem da manutenção da coerência quântica para funcionar. Mas, é claro, a decoerência continua sendo seu maior desafio.

Qubits supercondutores são pequenos circuitos feitos de materiais específicos, que exploram fenômenos quânticos como superposição e emaranhamento para realizar cálculos. Os materiais usados para fabricar um circuito são resfriados a quase zero absoluto para torná-los supercondutores, o que significa que podem conduzir eletricidade sem resistência.

Embora esses qubits supercondutores sejam notáveis em cálculos rápidos, eles têm dificuldade em armazenar informação por períodos prolongados.

Uma interface entre fótons e fônons, porém, poderia permitir que a informação quântica fosse armazenada em osciladores mecânicos de longa duração. Uma equipe do Caltech fez exatamente isso; eles introduziram uma plataforma que depende de forças eletrostáticas em estruturas nanoscópicas para alcançar acoplamento forte entre um qubit e um oscilador nanomecânico.

O tempo de decaimento de energia (T1) é de cerca de 25 ms, o que supera os obtidos em circuitos supercondutores integrados.

Para explorar as causas da decoerência e reduzir seu impacto, a equipe utilizou operações quânticas. O uso de sequências de desacoplamento dinâmico de dois pulsos ajudou a alcançar um tempo de coerência maior (T2) de 1 ms, uma extensão em relação a 64 µs.

Os resultados do estudo mostram que, em dispositivos supercondutores, osciladores mecânicos podem servir como memórias quânticas, com o potencial de serem usados em computação quântica, sensoriamento e transdução.

Como Ondas Sonoras Armazenam Estados Quânticos por Mais Tempo

Computadores convencionais, como laptops e telefones, armazenam informação na forma de bits.

Bits são a menor unidade de informação digital, que são peças fundamentais de lógica que assumem um único valor binário de zero ou um.

Computadores quânticos, por sua vez, podem ter um estado que é simultaneamente zero e um, conhecido como superposição, e isso está por trás da promessa da computação quântica de resolver problemas que não são manejáveis para nossos computadores clássicos.

Muitos dos computadores quânticos existentes são baseados em sistemas eletrônicos supercondutores, onde os elétrons fluem sem resistência a temperaturas extremamente baixas. Nesses sistemas, quando a natureza mecânica quântica dos elétrons passa por ressonadores, eles criam qubits supercondutores.

Esses qubits são excelentes em executar as operações lógicas necessárias para a computação. Mas eles não são realmente bons em armazenar informação, que é representada por descritores matemáticos de sistemas quânticos específicos.

Para aumentar os tempos de armazenamento dos estados quânticos, engenheiros têm buscado construir ‘memórias quânticas’ para qubits supercondutores.

Uma equipe de cientistas do Caltech adotou uma abordagem híbrida para essas memórias quânticas. 

A informação elétrica foi efetivamente convertida em som usando essa abordagem. Para traduzir informação quântica em ondas sonoras, eles usaram um pequeno dispositivo que funciona como um diapasão miniatura.

Isso permitiu que a vida útil dos estados quânticos se estendesse em até trinta vezes mais do que outras técnicas, lançando as bases para computadores quânticos escaláveis e práticos com a capacidade de não apenas computar, mas também lembrar.

“Uma vez que você tem um estado quântico, pode não querer fazer nada com ele imediatamente. Você precisa ter um modo de voltar a ele quando quiser executar uma operação lógica. Para isso, você precisa de uma memória quântica.”

– Mohammad Mirhosseini, professor assistente de engenharia elétrica e física aplicada no Caltech

Financiado pela National Science Foundation e pela Air Force Office of Scientific Research, o estudo foi liderado por estudantes de pós‑graduação do Caltech, Alkim Bozkurt e Omid Golami, e foi publicado¹ na revista Nature Physics.

Ele detalhou a fabricação de um qubit supercondutor em um chip, que foi então conectado a um pequeno dispositivo denominado oscilador mecânico.

Um oscilador mecânico é um sistema que demonstra movimento oscilatório. É essencialmente um mini diapasão, que, no caso deste estudo, consiste em placas flexíveis. Essas placas são vibradas usando ondas sonoras em frequências de gigahertz (GHz).

Quando a equipe colocou uma carga elétrica nessas placas flexíveis, elas puderam interagir com sinais elétricos que transportavam informação quântica, permitindo que fosse transmitida ao dispositivo para armazenamento como uma “memória” e depois transmitida de volta ou “lembrada” posteriormente.

Os pesquisadores mediram exatamente quanto tempo o oscilador levou para perder seu conteúdo quântico depois que a informação entrou no dispositivo.

“Acontece que esses osciladores têm uma vida útil cerca de 30 vezes maior que os melhores qubits supercondutores disponíveis.”

– Mirhosseini

Este método de construção de uma memória quântica tem vários benefícios em relação a outras técnicas. Ondas acústicas, por exemplo, viajam muito mais lentamente que ondas eletromagnéticas, permitindo dispositivos mais compactos.

Ondas eletromagnéticas (EM) são ondas transversais de campos elétricos e magnéticos oscilantes que transportam energia através do espaço. Elas são produzidas pela aceleração de partículas carregadas e englobam um espectro que inclui ondas de rádio, micro‑ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama.

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Todas as ondas eletromagnéticas viajam à velocidade da luz no vácuo e não requerem um meio para se propagar.

Enquanto isso, ondas acústicas são ondas mecânicas, como ondas sonoras, que transmitem energia através de um meio como sólido, líquido ou gás ao fazer as partículas do meio vibrarem, comprimirem e expandirem. Essas ondas são caracterizadas por propriedades como frequência, amplitude e comprimento de onda. Ondas acústicas abrangem uma gama de frequências, incluindo infrassom e ultrassom.

Como vibrações mecânicas, ao contrário das ondas EM, não se propagam no espaço livre, a energia não vaza do sistema e pode ser mais fortemente confinada dentro de um meio, permitindo tempos de armazenamento estendidos e mitigando trocas de energia indesejáveis entre dispositivos próximos.

Esses benefícios oferecem a possibilidade de muitos desses diapasones serem incluídos em um único chip, proporcionando um caminho escalável para memórias quânticas.

O estudo, segundo Mirhosseini, apresenta interação mínima entre ondas acústicas e eletromagnéticas necessária para sondar o valor deste sistema híbrido como elemento de memória.

“Para que esta plataforma seja realmente útil para a computação quântica, você precisa ser capaz de inserir dados quânticos no sistema e removê‑los muito mais rápido. E isso significa que precisamos encontrar maneiras de aumentar a taxa de interação em um fator de três a dez além do que nosso sistema atual é capaz de fazer”, disse Mirhosseini. E a equipe tem ideias sobre como alcançar isso.

Hardware e Software Quânticos: Caminho para Uso Comercial

O novo dispositivo criado pelos cientistas do Caltech está em desenvolvimento há algum tempo.

Alguns anos atrás, em seu trabalho anterior, a equipe mostrou que o som, especialmente fôtons, que são partículas individuais de vibração, muito semelhantes a como os fótons são, poderia proporcionar uma maneira fácil de armazenar informação quântica.

Na época, o grupo de Mirhosseini mostrou o novo método no laboratório, onde exploraram fôtons devido à relativa conveniência de construir pequenos dispositivos que podem armazenar essas ondas mecânicas.

A equipe testou dispositivos em experimentos que pareciam adequados para emparelhar com qubits supercondutores, pois operam nas mesmas altas frequências GHz.

Humans hear in the hertz to kilohertz range (up to ~20 kHz), whereas the devices operate at gigahertz (billions of cycles per second)—around 50,000× higher in frequency.

Os dispositivos testados também apresentaram longas durações de vida e funcionaram bem nas baixas temperaturas necessárias para preservar estados quânticos com qubits supercondutores.

Como Mirhosseini observou na época, outros estudos investigaram piezoelétricos, um tipo especial de material, como forma de converter energia mecânica em energia elétrica em aplicações quânticas. Ele acrescentou:

“Entretanto, esses materiais tendem a causar perda de energia para ondas elétricas e sonoras, e a perda é um grande assassino no mundo quântico.”

A técnica inovadora desenvolvida pela equipe do Caltech, em contraste, não depende das propriedades específicas de materiais e, como tal, é compatível com dispositivos quânticos baseados em micro‑ondas já estabelecidos.

Construir dispositivos de armazenamento eficazes com tamanho compacto é mais um desafio para quem explora aplicações quânticas.

Esse desafio também é abordado pelo novo método, que “permite o armazenamento de informação quântica de circuitos elétricos por durações duas ordens de magnitude maiores que outros dispositivos mecânicos compactos”, disse o autor principal do estudo, Bozkurt, estudante de pós‑graduação no grupo de Mirhosseini.

Embora a plataforma de ondas sonoras do Caltech seja promissora, ela é apenas uma parte de um esforço de pesquisa muito maior que ocorre em todo o mundo em diversas instituições. Cientistas estão testando métodos diversos para superar os desafios dos computadores quânticos. 

Por exemplo, pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia recorreram à matemática².

Eles estão usando neglectons para resolver alguns dos problemas com qubits topológicos. Essa classe de partículas teóricas, nomeadas assim pela forma como foram derivadas de matemática teórica negligenciada, poderia abrir um novo caminho para a realização experimental de computadores quânticos topológicos universais.

“Meu objetivo é apresentar um caso tão convincente quanto possível a outros pesquisadores de que a estrutura não semissimples não é apenas válida, mas uma abordagem empolgante para entender melhor a teoria quântica.”

– Coautor Aaron Lauda

Enquanto isso, em outra abordagem, cientistas estão controlando a luz emitida por pontos quânticos, o que pode levar a tecnologias quânticas mais baratas, rápidas e, claro, mais práticas.

Para isso, a colaboração de pesquisa encontrou um novo método³ que depende de excitação estimulada de dois fótons, permitindo que pontos quânticos emitam fluxos de fótons em estados de polarização distintos sem necessidade de hardware de comutação eletrônica. Quando testados, os pesquisadores foram capazes de produzir com sucesso excelentes estados de dois fótons enquanto mantinham notáveis propriedades de fótons individuais.

“O que torna essa abordagem particularmente elegante é que transferimos a complexidade dos componentes eletrônicos caros e que induzem perdas, que estavam após a emissão de fótons únicos, para a fase de excitação óptica, e isso representa um passo significativo para tornar as fontes de pontos quânticos mais práticas para aplicações do mundo real.”

– Pesquisador principal, Vikas Remesh

Então há a equipe da Grainger College of Engineering da Universidade de Illinois Urbana‑Champaign, que apresentou um design modular de alto desempenho⁴ para processadores quânticos supercondutores com ~99 % de fidelidade. 

A arquitetura modular, ao contrário dos designs monolíticos restritivos, oferece maior escalabilidade, melhorias mais fáceis e resiliência a inconsistências.

Embora a maioria dos esforços continue claramente focada na parte de hardware dos computadores quânticos, agora observa‑se uma mudança em direção ao software, pois as pessoas acreditam que a tecnologia está “à beira de se tornar comercialmente viável”, e, portanto, necessita de algo útil a ser feito com ela.

A esse respeito, a empresa de algoritmos quânticos Phasecraft arrecadou US$ 34 milhões de vários investidores, incluindo a empresa de investimentos ligada ao gigante farmacêutico dinamarquês Novo Nordisk (NVO ). 

Os algoritmos da Phasecraft, seu CEO Ashley Montanaro, acredita que poderão executar cálculos “cientificamente importantes” até a “próxima primavera”, e algumas aplicações comercialmente úteis podem estar disponíveis “nos próximos dois anos”.

Agora há um interesse crescente em algoritmos. Recentemente, um pesquisador do Google afirmou ter desenvolvido uma redução de 20 vezes na escala de um computador quântico necessária para executar o algoritmo de Shor, que pode ser usado para quebrar as formas de criptografia mais amplamente utilizadas hoje.

Em resposta, o desenvolvedor Hunter Beast introduziu o BIP 360 numa tentativa de tornar o Bitcoin (BTC) resistente à computação quântica.

Enquanto isso, a empresa de computação quântica Norma validou o desempenho de seus algoritmos de IA quântica para desenvolvimento de medicamentos usando NVIDIA (NVDA ) CUDA‑Q, observando velocidades computacionais cerca de 73 vezes mais rápidas.

Investindo em Computação Quântica

Muitos nomes importantes estão conduzindo pesquisas em computação quântica supercondutora, e isso inclui IBM (IBM ), Intel (INTC ), e muitos outros. Mas hoje, vamos analisar Honeywell International (HON ), que está fortemente envolvida em computação quântica através de sua participação majoritária na Quantinuum.

Quantinuum, uma empresa da Honeywell International (HON )

Quantinuum é uma empresa de computação quântica formada em 2021 pela fusão da Cambridge Quantum e Honeywell Quantum Solutions. Para acelerar o desenvolvimento de computadores quânticos tolerantes a falhas, ela garantiu financiamento de investidores como JPMorgan Chase.

No ano passado, ela demonstrou os qubits lógicos mais confiáveis já registrados. A Quantinuum aplicou o sistema inovador de virtualização de qubits da Microsoft , com diagnóstico e correção de erros, ao seu hardware de armadilha de íons para executar mais de 14 000 experimentos individuais sem nenhum erro.

No mês passado, a Quantinuum lançou dois novos componentes de software de código aberto, incluindo o Guppy, uma linguagem hospedada dentro do Python, que foi descrita por seu CEO, Rajeeb Hazra, como “uma mudança de paradigma para desenvolvedores”, e um emulador chamado Selene, que é um “gêmeo digital” que imita o comportamento quântico para programadores testarem e depurarem seu código.

A nova plataforma full‑stack vem em preparação para o próximo lançamento do computador quântico de próxima geração da Quantinuum, o Helios.

Portanto, a empresa está buscando avanços tanto em hardware quanto em software quânticos com suas atividades de pesquisa e comerciais direcionadas a IA, cibersegurança, simulação química e outras aplicações.

Através da Quantinuum, a Honeywell avançou os computadores quânticos de íons aprisionados, que utilizam íons aprisionados eletromagneticamente como qubits para cálculos de alta fidelidade, para clientes em vários setores, incluindo saúde, finanças e serviços públicos.

A empresa operadora integrada está principalmente envolvida em três megatendências, que são automação, aviação e transição energética. Enquanto isso, ela atua através de alguns segmentos‑chave:

• Tecnologias Aeroespaciais
• Automação Industrial
• Automação de Edifícios e Energia
• Soluções de Sustentabilidade

Com uma capitalização de mercado de US$ 139,36 bilhões, as ações da HON, no momento da redação, estão sendo negociadas a US$ 218,40, queda de 2,83 % no ano. Possui um EPS (TTM) de 8,79 e um P/E (TTM) de 24,96. O rendimento de dividendos, por sua vez, é de 2,06 %.

Quanto às finanças, a Honeywell reportou vendas de US$ 10,4 bilhões no segundo trimestre de 2025. O lucro por ação foi de US$ 2,45, e o EPS ajustado foi de US$ 2,75.

Durante esse período, a empresa concluiu a venda de seu negócio de EPIs por US$ 1,3 bilhão, finalizou a aquisição da Sundyne por US$ 2,2 bilhões e anunciou a aquisição de £ 1,8 bilhão do negócio de Tecnologias de Catalisadores da Johnson Matthey. A empresa também recomprou US$ 1,7 bilhão de suas ações.

O CEO Vimal Kapur destacou a importância de entregar “resultados excepcionais” tanto com crescimento orgânico quanto com EPS ajustado superando as orientações, apesar da macroeconomia imprevisível.

“Com a Automação de Edifícios liderando, três dos quatro segmentos aumentaram as vendas em mais de 5 % no trimestre, demonstrando o poder do nosso sistema operacional Accelerator de se adaptar rapidamente e impulsionar o crescimento mesmo com mudanças nas condições de negócios”, disse Kapur, ao observar “resultados promissores de nosso foco aumentado em inovação de novos produtos, que apoiou ainda mais o crescimento de nosso histórico de pedidos em atraso.”

Conclusão

A computação quântica pode levar a avanços significativos em IA, saúde, ciência dos materiais, cibersegurança e outras indústrias. Mas o progresso dessa tecnologia depende não apenas do desempenho dos qubits, mas também da capacidade de armazenar informação quântica de forma confiável.

A plataforma do Caltech oferece um plano para alcançar isso. Ao integrar computação e memória em um único chip, o novo desenvolvimento está aproximando o campo de aplicações no mundo real.

Clique aqui para uma lista das cinco melhores empresas de computação quântica.

Referências:

1. Bozkurt, A. B., Golami, O., Yu, Y., Tian, H., & Mirhosseini, M. (2025). A mechanical quantum memory for microwave photons. Nature Physics, (publicação online antecipada), publicado em 13 de agosto de 2025. Recebido em 10 de janeiro de 2025; aceito em 17 de junho de 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-02975-w
2. Iulianelli, F., Kim, S., Sussan, J., et al. Computação quântica universal usando anyons de Ising a partir de uma teoria de campo topológica não semissimples. Nature Communications, 16, 6408, publicado em 05 de agosto de 2025. Recebido em 13 de outubro de 2024; aceito em 18 de junho de 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61342-8
3. Karli, Y., Avila Arenas, I., Schimpf, C., et al. Geração passiva de estado de dois fótons demultiplexado a partir de um ponto quântico. npj Quantum Information, 11, 139, publicado em 11 de agosto de 2025. Recebido em 10 de abril de 2025; aceito em 25 de julho de 2025. https://doi.org/10.1038/s41534-025-01083-0
4. Mollenhauer, M., Irfan, A., Cao, X., et al. Uma rede elementar de alta eficiência de dispositivos quânticos supercondutores intercambiáveis. Nature Electronics, 8, 610–619, publicado em 27 de junho de 2025 (data da edição julho de 2025). Recebido em 08 de setembro de 2024; aceito em 23 de maio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01404-3