Computação
Centros de Dados Quânticos Estratosféricos: A Próxima Nuvem
E se “computação em nuvem” se tornar literal? Cientistas estão explorando implantando computadores avançados na estratosfera para abordar uma das questões centrais da computação quântica.
Se implantado, esta única maneira de resolver o problema pode economizar nos custos de refrigeração e mudar completamente a forma que conhecemos e pensamos sobre ‘computação em nuvem.’
Computadores quânticos requerem refrigeração extrema, e os sistemas criogênicos atuais tornam os centros de dados quânticos caros, intensivos em energia e difíceis de escalar.
Pesquisadores da KAUST propõem colocar processadores quânticos em dirigíveis de alta altitude, usando as temperaturas naturalmente frias da estratosfera para reduzir a demanda de refrigeração em até 21 por cento.
Essas plataformas aéreas dependeriam de energia solar, enlaces ópticos de espaço livre e balões de retransmissão para conectar-se a centros de dados terrestres, oferecendo capacidade de computação flexível e móvel.
Modelos iniciais sugerem que a abordagem poderia suportar mais qubits com taxas de erro menores, apontando para um futuro onde computação quântica e computação em nuvem convergem literalmente nas nuvens.
O Crescente Custo de Resfriamento dos Centros de Dados Quânticos
Computadores quânticos são um tipo de computador que utiliza mecânica quântica para realizar cálculos complexos muito mais rápido que computadores clássicos.
Ao contrário dos computadores clássicos, que armazenam e processam dados em bits (ou seja, zeros ou uns), os computadores quânticos usam qubits que podem existir em múltiplos estados simultaneamente, um fenômeno chamado superposição, e também podem ser ligados entre si, um fenômeno chamado entrelaçamento. Essas propriedades permitem que os computadores quânticos explorem muitas possibilidades simultaneamente.
Com os qubits como sua unidade fundamental de dados, os computadores quânticos podem realizar computação paralela avançada e desfrutar de capacidade de armazenamento significativamente aumentada. No entanto, os qubits são muito sensíveis ao ruído ambiental, como calor, vibração e interferência eletromagnética.
Eles são simplesmente muito frágeis e, como tal, são mantidos em temperaturas extremamente baixas para prevenir erros causados pelo ruído e garantir o funcionamento adequado.
A maioria dos sistemas quânticos realmente opera em temperaturas tão baixas quanto alguns mK até 10K.
Então, embora os centros de dados quânticos (QDCs) tenham o potencial de concluir uma tarefa duas vezes mais rápido que um tradicional outro, eles consomem dez vezes mais energia devido ao uso de sistemas de refrigeração criogênica intensivos em energia.
Como resultado, há uma necessidade de examinar os QDCs’ aspectos termodinâmicos para reduzir o consumo de energia de refrigeração destes centros de dados.
Algumas das principais técnicas de resfriamento usadas em centros de dados para chips quânticos incluem resfriamento a laser, refrigeração por diluição e refrigeração por tubo de pulso, com tecnologias avançadas como o uso do efeito magnetocalórico (um fenômeno em que materiais magnéticos aquecem quando um campo magnético é aplicado e esfriam quando o campo é removido) em supersólidos também ganhando impulso.
Outra técnica envolve imergir circuitos quânticos no raro fluido criogênico Hélio-3, que se torna um superfluido em temperaturas extremamente baixas e exibe propriedades quânticas únicas.
Ainda assim, alcançar e manter ambientes criogênicos para qubits demanda custos e energia substanciais, representando uma grande barreira à adoção e escalonamento da computação quântica desta tecnologia emergente rapidamente.
Isso exige abordagens de engenharia inovadoras que possam viabilizar computação quântica de alto desempenho.
Um estudo de pesquisadores da KAUST fez exatamente isso ao propor a implantação de processadores quânticos em Plataformas de Alta Altitude (HAPs) estratosféricas. Os processadores serão hospedados em dirigíveis voando através da estratosfera a uma altitude de cerca de 20 quilômetros (12,4 milhas), onde a temperatura ambiente é -50°C (cerca de -58 °F).
Ao aproveitar essas condições naturalmente frias, os pesquisadores visam reduzir significativamente as demandas de refrigeração dos QDCs e viabilizar computação quântica sustentável e de alto desempenho.
Transformando Dirigíveis em Centros de Dados Criogênicos Alimentados por Energia Solar
A nova proposta de pesquisadores da Arábia Saudita King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), publicado na revista npj Wireless Technology1, detalha uma estrutura inovadora para implantar computadores quânticos na estratosfera usando dirigíveis, ou balões.
Também demonstra que sua abordagem única de computação quântica verde e flexivelmente implantável na atmosfera superior oferece eficiência energética superior. Além disso, o sistema tem desempenho computacional melhor que os centros de dados tradicionais baseados no solo.
“Ao operar acima das nuvens e dos sistemas climáticos, o dirigível tem acesso a irradiação solar previsível e sem impedimentos.”
– Autor principal, Basem Shihada da KAUST
Para aproveitar as condições frias da estratosfera, a equipe propõe Plataformas de Alta Altitude habilitadas para Computação Quântica (QC-HAPs). Esses dirigíveis estratosféricos hospedarão os dispositivos quânticos encerrados em criostatos para manter a temperatura criogênica necessária.
Sim, criostatos ainda são necessários para manter os estados quânticos, mas a essa altitude, as temperaturas ambientes naturalmente baixas reduzem drasticamente a energia necessária para o resfriamento criogênico.
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| Parâmetro | Centro de Dados Quânticos Terrestre | Dirigível QC-HAP Estratosférico |
|---|---|---|
| Temperatura ambiente | ~20–25 °C ao nível do solo, requer pilhas criogênicas profundas | ≈ −50 °C a ~20 km de altitude, aliviando a carga criogênica |
| Demanda de energia de refrigeração | Alta, dominada por refrigeradores de diluição e refrigeradores de tubo de pulso | Modelos sugerem até ~21% menos demanda de refrigeração em comparação com QDCs terrestres |
| Fonte de energia primária | Eletricidade da rede, frequentemente de fontes fósseis e renováveis misturadas | Solar de alta irradiação mais baterias de lítio-enxofre para a noite |
| Capacidade de qubits e erros | Limitada pela potência de refrigeração e ruído; taxas de erro mais altas em escala | Modelos indicam ~30% mais qubits com taxas de erro menores em algumas arquiteturas |
| Conectividade | Fibra e redes clássicas; enlaces quânticos ainda experimentais | Enlaces ópticos de espaço livre com backup RF e balões de retransmissão para acesso de longo alcance |
| Flexibilidade de implantação | Locais fixos, ciclos de construção de vários anos e CAPEX | Frota móvel que pode deslocar capacidade para pontos de demanda ou regiões remotas |
Além disso, os dirigíveis serão equipados com painéis solares para converter a luz solar em energia elétrica e baterias de lítio-enxofre para garantir operação contínua durante a noite e em condições climáticas adversas.
De acordo com o artigo, os raios cósmicos, partículas de alta energia produzidas pelo sol, teriam um impacto negligenciável na confiabilidade dos sistemas de computação quântica estratosféricos, confirmando a viabilidade estratosférica da plataforma.
Os QC-HAPs posicionados no céu serão ligados aos centros de dados quânticos no solo.
Para isso, os HAPs enviariam informações codificadas em ondas de luz via comunicação óptica de espaço livre (FSO). Em condições nubladas, enlaces de radiofrequência servirão como backup.
Para prevenir a degradação do sinal e decoerência à medida que os dados viajam pela atmosfera, a equipe sugere usar plataformas intermediárias transportadas por balões em altitudes mais baixas como estações de retransmissão.
O grande benefício dos QC-HAPs é que eles podem ser movidos para onde forem necessários, seja em pontos de alta demanda ou regiões remotas. Essa implantação flexível amplia a cobertura da computação quântica, alivia gargalos computacionais e reduz a latência.
Além disso, eles podem ser ligados entre si para aumentar o poder computacional total, formando “uma frota dinâmica capaz de fornecer serviços de computação quântica sob demanda e escaláveis em todo o mundo”, disse a coautora do estudo, Wiem Abderrahim, que atualmente é pesquisadora na Universidade de Cartago, na Tunísia.
Essa arquitetura de constelação multi-HAP escalável pode superar limitações energéticas individuais e melhorar as vantagens computacionais.
De acordo com os cálculos dos pesquisadores, sua solução alimentada por energia solar poderia reduzir a demanda de refrigeração em 21% em comparação com centros de computação quântica equivalentes no solo.
Os pesquisadores usaram a abordagem em duas formas líderes de computação quântica quanto à sua maturidade, estabilidade, escalabilidade e tempo de coerência. A redução na demanda de refrigeração varia com a arquitetura dos qubits porque cada tipo opera em uma faixa de temperatura criogênica diferente.
Uma abordagem usa qubits baseados em íons aprisionados resfriados a cerca de 4K (cerca de –269°C). Esta recebeu os maiores benefícios do conceito QC-HAP. A outra usa circuitos supercondutores que funcionam em temperaturas entre 10 e 20 mK.
Sua análise também mostra que esses HAPs habilitados para quantum suportam 30% mais qubits que QDCs baseados no solo, mantendo taxas de erro menores, especialmente ao aproveitar capacidades avançadas de hardware.
Além dos qubits, a economia de energia alcançada pelo sistema quântico estratosférico também depende da arquitetura do centro de dados, observou o estudo.
Embora poderoso, esse conceito futurista ainda está longe de uma implementação prática, exigindo avanços significativos no hardware de computação quântica, como sistemas robustos para identificar e corrigir erros, particularmente durante a transmissão.
Existem também as características únicas do ambiente estratosférico, como variações sazonais na irradiação solar e condições climáticas que impactam a energia solar captada e, por sua vez, afetam a eficiência energética da plataforma proposta, o que requer consideração cuidadosa.
O foco do estudo para pesquisas futuras deve ser analisar como fatores ambientais afetam os sistemas quânticos e desenvolver designs robustos para a implementação real dos QC-HAPs.
“Nossos próximos passos são avançar da fase conceitual e analítica para estudos mais focados na implementação.”
– Coautor do estudo, Osama Amin
Olhando para o futuro, os pesquisadores esperam que soluções quânticas aéreas não substituam, mas coexistam ao lado dos centros de dados convencionais baseados no solo em uma estrutura de computação em nuvem híbrida.
A Corrida Global para Tornar os Computadores Quânticos uma Realidade
À medida que os pesquisadores exploram plataformas quânticas baseadas no céu, os principais atores da indústria continuam avançando o hardware necessário para a era quântica que essas plataformas podem eventualmente suportar.
IBM (IBM ), por exemplo, está entre os profundamente envolvidos em computadores quânticos, esperando entregar o Starling, um computador quântico tolerante a falhas em grande escala, antes que a década termine.
Recentemente, a empresa anunciou o desenvolvimento de novas unidades de processamento quântico (QPUs) que são esperadas para ajudar eles a alcançar vantagem quântica bem como um computador quântico totalmente tolerante a falhas.
Com 120 qubits, o IBM Quantum Nighthawk é seu primeiro novo processador que pode processar 30% mais cálculos quânticos complexos que o QPU anterior da IBM (R2 Heron). Cada um desses qubits pode conectar com os quatro vizinhos mais próximos graças a acopladores sintonizáveis. Essa estrutura permitirá que os cientistas explorem problemas que requerem 5.000 portas de dois qubits, com a IBM esperando ter as futuras versões do Nighthawk entregando até 10.000 portas até o final de 2027.
IBM Loon é o outro processador menor, que tem 112 qubits e todos os elementos de hardware necessários para tolerância total a falhas, a fim de enfrentar a alta taxa de falha nos qubits. Isso ajudará a equipe a aprender antes do Kookaburra, outro processador de prova de conceito, que será o primeiro QPU de design modular a armazenar e processar informações codificadas. Ele é esperado no próximo ano.
Além disso, a IBM compartilhou que seu novo formato de fabricação de processadores quânticos em uma oblea de 300 mm (12 polegadas) reduz à metade o tempo necessário para construir cada um, enquanto aumenta a complexidade física dos chips em 10 vezes.
Embora o hardware acelere, os cronogramas para a quantum mainstream variam drasticamente entre os líderes da indústria.
Computadores quânticos, segundo o ex-CEO da Intel (INTC ), Pat Gelsinger, se tornarão mainstream muito mais rapidamente, em cerca de dois anos, e marcarão o fim das GPUs. Enquanto isso, a Nvidia (NVDA ), um player dominante no mercado de GPUs, afirmou que levará duas décadas para a quantum se tornar mainstream.
“Estamos entrando na década ou duas mais empolgantes para os tecnólogos,” disse Gelsinger em entrevista ao FT. Ele também chamou a computação quântica de “a santa trindade” da computação, ao lado da computação clássica e da IA.
Mas enquanto Gelsinger também acredita que um “avanço quântico” estourará a bolha da IA, Sundar Pichai, do Google, vê isso como o próximo boom da IA em si.
O CEO da terceira maior empresa do mundo em capitalização de mercado, de US$ 3,86 trilhões, disse em entrevista recente que a computação quântica está se aproximando rapidamente de um momento de ruptura semelhante ao que a IA experimentou há alguns anos.
“Eu diria que a quantum está lá, onde talvez a IA estava há cinco anos. Então eu acho que em cinco anos estaremos passando por uma fase muito empolgante na quantum.”
– Pichai
E o Google está se posicionando agressivamente para essa mudança. Segundo Pichai:
“Temos os esforços de computação quântica mais avançados do mundo… construir sistemas quânticos, eu acho, nos ajudará a simular e entender melhor a natureza e desbloquear muitos benefícios para a sociedade.”
Reforçando essa trajetória, no mês passado, pesquisadores do Google Quantum AI relataram a implementação de um código de superfície2 usando três circuitos dinâmicos distintos. Isso abre novas possibilidades para a aplicação prática da conhecida técnica de Correção de Erros Quânticos (QEC) e também pode ajudar a desenvolver computadores quânticos mais confiáveis.
A QEC é o caminho para fazer esses computadores funcionarem de forma confiável. Também é essencial na construção de computadores quânticos tolerantes a falhas, mas “implementar QEC é um desafio significativo porque os circuitos de detecção e correção de erros são complexos e exigem operações extremamente precisas”, disse o coautor Matt McEwen.
O código de superfície em questão funciona organizando qubits em uma grade 2D e então verificando repetidamente falhas.
Anteriormente, McEwen trabalhou em uma proposta teórica mostrando que há múltiplas maneiras de implementá-lo, demonstrando em particular a viabilidade de três implementações distintas de códigos de superfície dinâmicos: hex, iSWAP e circuitos walking.
Com base nisso, a equipe continuou a trabalhar provando que eles funcionam em experimentos sob condições reais.
Ao testar, eles descobriram que os circuitos iSWAP melhoraram a supressão de erros em 1,56 vezes e o circuito walking em 1,69 vezes, enquanto o circuito hex fez isso em 2,15 vezes.
“A maior lição do nosso trabalho é confirmar que essas implementações de circuitos dinâmicos funcionam na realidade.”
– McEwen
Avanços na estabilidade dos qubits também estão acelerando. Engenheiros de Princeton foram recentemente capazes de estender a vida útil dos qubits3 em sua pesquisa mais recente, que foi parcialmente financiada pelo Google Quantum AI.
Um grande passo rumo ao desenvolvimento de computadores quânticos úteis, os engenheiros criaram um qubit supercondutor que permaneceu estável por mais de 1 milissegundo, o que é três vezes mais longo que as versões existentes mais avançadas.
“O verdadeiro desafio, a coisa que nos impede de ter computadores quânticos úteis hoje, é que você constrói um qubit e a informação simplesmente não dura muito tempo,” disse o coautor Andrew Houck, reitor de engenharia de Princeton. “Este é o próximo grande salto adiante.”
Para confirmar a melhoria da coerência dos qubits, os pesquisadores construíram um chip quântico funcional usando a nova arquitetura, que é semelhante aos sistemas desenvolvidos pelo Google e IBM (IBM ).
A opção de qubit transmon usada baseia-se em circuitos supercondutores que operam em temperaturas extremamente frias e oferecem proteção sólida contra ruído ambiental. Eles também funcionam bem com os processos de fabricação atuais. Aumentar o tempo de coerência desses qubits, porém, é extremamente difícil.
Então, a equipe de Princeton redesenhou o qubit, usando o tântalo excepcionalmente robusto para prevenir a perda de energia e silício de alta qualidade amplamente disponível como substrato. Este chip de tântalo-silício não só é mais fácil de produzir em massa, como também supera os designs atuais.
Combinar esses dois, junto com o refinamento das técnicas de fabricação, levou a equipe a alcançar uma das melhorias mais significativas na história do transmon. Um computador hipotético de 1.000 qubits poderia operar aproximadamente um bilhão de vezes melhor se o melhor design atual da indústria fosse substituído pelo design da Princeton devido às suas melhorias que escalam exponencialmente com o tamanho do sistema, disse Houck.
Théau Peronnin, CEO da Alice & Bob, uma empresa que desenvolve um sistema de computação quântica tolerante a falhas com Nvidia (NVDA ), disse recentemente que embora a tecnologia quântica ainda não esteja avançada o suficiente para ameaçar os sistemas criptográficos atuais, ela pode se tornar poderosa o suficiente para quebrá-los alguns anos após 2030.
Isso representa uma ameaça não apenas ao Bitcoin (BTC ) e criptomoedas, mas também a toda criptografia bancária. Ele disse à Fortune em entrevista:
“A promessa da computação quântica é um aumento exponencial de velocidade, mas se você ampliar uma curva exponencial, ela fica totalmente plana — e então se torna uma parede vertical. Então estamos apenas no início da inflexão. Agora, não é mais poderosa que seu smartphone no momento. Mas dê-lhe alguns anos, e ela será mais poderosa que o maior supercomputador já existente.”
Empresas, no entanto, estão trabalhando em soluções, enquanto pesquisadores expandem o alcance das redes quânticas. No mês passado, pesquisadores da University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) aumentaram o alcance das conexões quânticas de apenas alguns quilômetros para 2.000 km.
“Pela primeira vez, a tecnologia para construir uma internet quântica em escala global está ao alcance.”
– Professor Assistente Tian Zhong
Em seu estudo, a equipe aumentou o tempo de coerência de átomos individuais de érbio de 0,1 milissegundos para mais de 10 milissegundos, e em um caso, chegaram a 24 milissegundos.
A inovação aqui foi construir os cristais críticos para criar entrelaçamento quântico de maneira diferente. Para isso, eles utilizaram epitaxia por feixe molecular (MBE), que é semelhante à impressão 3D. “Começamos do zero e então montamos este dispositivo átomo por átomo,“ ele acrescentou, “A qualidade ou pureza deste material é tão alta que as propriedades de coerência quântica desses átomos se tornam excelentes.”
Investindo em Tecnologia Quântica
IonQ, Inc. (IONQ ) é uma empresa puramente focada em quantum que está construindo e comercializando computadores quânticos com foco em qubits de íons aprisionados. A empresa oferece hardware quântico via principais plataformas de nuvem, tornando a computação quântica mais acessível e posicionando-a bem para adoção comercial à medida que a quantum avança para uso real.
O desempenho das ações da IonQ reflete isso, com suas ações atualmente negociando a US$ 48,10, queda de 21% no último mês, mas alta de mais de 18% no ano até a data e 67,56% nos últimos três anos. Ela tem um EPS (TTM) de -5,35 e um P/E (TTM) de -9,21.
(IONQ )
Quanto à força financeira da empresa, ela reportou uma receita de US$ 39,9 milhões no terceiro trimestre de 2025, um aumento de 222% em relação ao ano anterior. Seu prejuízo líquido foi de US$ 1,1 bilhão, enquanto o EPS GAAP foi de (US$ 3,58) e o EPS ajustado foi de (US$ 0,17).
IonQ possuía US$ 1,5 bilhão em caixa, equivalentes de caixa e investimentos ao final do trimestre.
“Entregamos nossa meta técnica de 2025 do #AQ 64 três meses antes, desbloqueando 36 quadrilhões de vezes mais espaço computacional do que os principais sistemas supercondutores comerciais. Alcançamos um marco verdadeiramente histórico ao demonstrar desempenho de portas de dois qubits de 99,99% recorde mundial, reforçando nosso caminho para 2 milhões de qubits e 80.000 qubits lógicos em 2030.”“
– CEO Niccolo de Masi
Durante este trimestre, a IonQ também concluiu a aquisição da Oxford Ionics e da Vector Atomic e recebeu um novo contrato com o Oak Ridge National Laboratory para desenvolver fluxos de trabalho quântico-clássicos acelerados e aplicações avançadas de energia.
Clique aqui para uma lista das cinco principais empresas de computação quântica.
Últimas Notícias de Ações da IonQ, Inc. (IONQ)
A computação quântica chegou a um ponto de inflexão. As verdadeiras barreiras agora não são sobre se a física funciona; são mais sobre se realmente podemos construir essas máquinas em escala. Qualquer avanço que torne os qubits mais fáceis de resfriar ou mais estáveis nos aproxima de um sistema que as pessoas realmente usarão e pagarão. De fato, até ideias ousadas como lançar computadores quânticos na estratosfera começam a fazer sentido se resolverem problemas de engenharia reais.
Para investidores que desejam exposição sem escolher apenas uma empresa, a estratégia inteligente seria focar naquelas que constroem a base. A IBM está nesse espaço há tempo suficiente para ter know-how real no lado de hardware das operações. A IonQ, por outro lado, está avançando rapidamente com a tecnologia de íons aprisionados. Embora a Nvidia não esteja construindo qubits no momento, os computadores quânticos precisam de sistemas de controle sérios e poder de computação ao seu redor, e isso é exatamente o que a Nvidia faz de melhor.
Caso você esteja acompanhando para onde isso está indo, fique atento a alguns sinais: qubits que permanecem estáveis por mais tempo, prova precoce de que a correção de erros pode escalar, testes bem-sucedidos de entrelaçamento à distância e o surgimento de configurações híbridas que combinam processadores quânticos com infraestrutura de computação tradicional.
Conclusão: Quando a ‘Nuvem’ se Torna Quântica
A computação quântica está evoluindo rapidamente de uma mera curiosidade de laboratório para uma corrida tecnológica global, onde gigantes da indústria como IBM, Google e Nvidia estão impulsionando as capacidades de hardware a níveis sem precedentes. Enquanto isso, avanços na coerência dos qubits, correção de erros quânticos e entrelaçamento de longa distância estão resolvendo gradualmente os desafios de longa data do campo.
Em meio a isso, a proposta da KAUST está trabalhando para tornar “computação em nuvem” uma realidade tangível, alimentada por temperaturas criogênicas naturais e luz solar perpétua.
Esses avanços mostram que estamos nos aproximando de um ponto de inflexão histórico. Dentro da próxima década, é uma possibilidade muito real que a computação quântica finalmente passe da teoria para a praticidade, remodelando a criptografia, a ciência e, eventualmente, talvez até o significado da “nuvem” em si.
Clique aqui para uma lista das principais ações de computação em nuvem.
Referências
1. Abderrahim W., Amin O., & Shihada B. Computação quântica verde no céu. npj Wireless Technology 1, Artigo 5 (2025). https://doi.org/10.1038/s44459-025-00005-y
2. A. Eickbusch, M. McEwen, V. Sivak, A. Bourassa, J. Atalaya, J. Claes, D. Kafri, C. Gidney, C. Warren, J. Gross, A. Opremcak, N. Zobrist, K. C. Miao, G. Roberts, K. J. Satzinger, A. Bengtsson, M. Neeley, W. P. Livingston, A. Greene, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, T. I. Andersen, M. Ansmann, F. Arute, …, A. Morvan et al. Demonstração de códigos de superfície dinâmicos. Nature Physics, 2025, Artigo publicado 17 outubro de 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, R. J., & Zhong, T. (2025). Dual epitaxial telecom spin-photon interfaces with long-lived coherence. Nature Communications, 16, 9814. https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6
