Data Centers Quânticos Estratosféricos: A Próxima Nuvem

E se a "computação em nuvem" se tornasse literal? Cientistas estão explorando essa possibilidade. Implantação Computadores avançados na estratosfera para abordar uma das questões centrais da computação quântica.

Se implantado, este recurso exclusivo maneira para resolver A solução para o problema pode gerar economia nos custos de refrigeração e mudar completamente o cenário. o Caminho we sabemos e pense of 'Computação em nuvem.'

O crescente custo do resfriamento de data centers quânticos

Computadores quânticos estão localizadas um tipo de computador que. utiliza A mecânica quântica permite realizar cálculos complexos muito mais rapidamente do que os 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 interligados, um fenômeno chamado ligação entre si. chamado emaranhamento. Essas propriedades permitem que os computadores quânticos explorem muitas possibilidades simultaneamente.

Com qubits como unidade fundamental de dados, os computadores quânticos podem realizar computação paralela avançada e desfrutar de uma capacidade de armazenamento significativamente maior. Os qubits, no entanto, são muito sensíveis ao ruído ambiental, como... Calor, vibração e interferência eletromagnética.

Eles estão simplesmente São muito frágeis e, como tal, mantidas a temperaturas extremamente baixas para evitar erros causados ​​por ruído e garantir o seu funcionamento adequado..

Na realidade, a maioria dos sistemas quânticos opera a temperaturas tão baixas quanto alguns mK a 10K.

Assim, enquanto os centros de dados quânticos (QDCs) tem potencial para concluir uma tarefa duas vezes mais rápido que a tradicional um, eles consomem dez vezes mais energia devido a o uso de Sistemas de refrigeração criogênica com alto consumo de energia.

Como resultado, lá is uma necessidade para investigar da QDCs' aspectos termodinâmicos em ordem para reduzir da consumo de energia de refrigeração of esses centros de dados.

Algumas das principais técnicas de resfriamento usadas em data centers 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 no qual materiais magnéticos aquecem quando um campo magnético é aplicado e esfriam quando o campo é removido) em supersólidos, também ganhando impulso.

Outra técnica envolve a imersão de circuitos quânticos no raro fluido criogênico Hélio-3., que se torna um superfluido a temperaturas extremamente baixas e exibe propriedades quânticas únicas.

Ainda assim, alcançar e manter ambientes criogênicos para qubits é um desafio. demandas custos e energia substanciais, representando uma grande barreira para Computação quântica adoção e escalonamento up esta tecnologia emergente.

Esta Exige abordagens de engenharia inovadoras que possam viabilizar a computação quântica de alto desempenho.

Um estudo realizado por pesquisadores da KAUST fez exatamente isso, propondo a implantação de processadores quânticos em Plataformas de Alta Altitude (HAPs, na sigla em inglês) estratosféricas. Os processadores serão instalados em dirigíveis voando em alta altitude. através da estratosfera a uma altitude de cerca de 20 quilômetros (12.4 milhas), onde a temperatura ambiente é de -50°C (cerca de -58 °F). 

Aproveitando essas condições naturalmente frias, os pesquisadores pretendem reduzir significativamente as necessidades de refrigeração dos QDCs e viabilizar a computação quântica sustentável e de alto desempenho.

Transformando dirigíveis em centros de dados criogênicos movidos a energia solar

A nova proposta de pesquisadores da Arábia Saudita Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah (KAUST)), Publicado na revista npj Wireless Technology¹, detalha uma nova estrutura para implantar computadores quânticos na estratosfera usando dirigíveis, ou blimps..

Isso também demonstra que sua abordagem única para computação quântica verde e de implantação flexível na alta atmosfera oferece eficiência energética superior. Além disso, o sistema apresenta melhor desempenho computacional. do que os centros de dados tradicionais localizados em terra.

“Ao operar acima das nuvens e dos sistemas meteorológicos, o dirigível tem acesso à irradiação solar previsível e sem impedimentos.”

– Basem Shihada, autor de destaque da KAUST

A fim de aproveitar as condições de frio of Para a estratosfera, a equipe propõe Plataformas de Alta Altitude Habilitadas para Computação Quântica (QC-HAPs). Esses dirigíveis estratosféricos abrigarão os dispositivos quânticos, que estarão contidos em criostatos para manter a temperatura criogênica necessária. 

Sim, os criostatos ainda são necessários para manter os estados quânticos, mas a essa altitude, as baixas temperaturas ambientes naturais reduzem drasticamente a energia necessária para o resfriamento criogênico. 
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Além disso, os dirigíveis serão equipados com painéis solares para converter a luz solar em energia elétrica e baterias de lítio-enxofre para garantir o funcionamento contínuo durante a noite e em condições climáticas adversas.

Segundo o artigo, os raios cósmicos, partículas de alta energia produzidas pelo Sol, teriam um impacto insignificante na confiabilidade dos sistemas de computação quântica estratosférica, confirmando a viabilidade estratosférica da plataforma. 

Os QC-HAPs posicionados no céu irão ser ligada para centros de dados quânticos em terra.

Para isso, os HAPs enviariam informações codificadas em ondas de luz. via Comunicação óptica em espaço livre (FSO). Em condições de céu nublado, os enlaces de radiofrequência servirão como alternativa.

Para evitar a degradação e a perda de coerência do sinal à medida que os dados viajam pela atmosfera, a equipe sugere o uso de plataformas intermediárias transportadas por balões em altitudes mais baixas. como estações de retransmissão.

A grande vantagem dos QC-HAPs é que eles podem ser movidos para onde forem necessários, seja em áreas com alta demanda ou em regiões remotas. Essa implantação flexível amplia a cobertura da computação quântica, alivia gargalos computacionais e reduz a latência.

Além disso, podem ser interligados para aumentar a capacidade computacional geral, formando "uma frota dinâmica capaz de fornecer serviços de computação quântica escaláveis ​​e sob demanda em todo o mundo", afirmou o coautor do estudo, Wiem Abderrahim, atualmente pesquisador da Universidade de Cartago, na Tunísia.

Essa arquitetura de constelação multi-HAP escalável pode superar as limitações energéticas individuais e aumentar as vantagens computacionais.

Segundo os cálculos dos pesquisadores, sua solução movida a energia solar poderia reduzir a demanda por refrigeração em 21% em comparação com centros de computação quântica equivalentes em terra.

Os pesquisadores utilizaram essa abordagem em duas das principais formas de computação quântica devido à sua maturidade, estabilidade, escalabilidade e tempo de coerência. A redução na demanda de refrigeração varia de acordo com a arquitetura do qubit, pois cada tipo opera em uma faixa de temperatura criogênica diferente.

Uma abordagem utiliza qubits baseados em íons aprisionados resfriados a cerca de 4 K (aproximadamente -269 °C). Esta foi a que mais se beneficiou do conceito QC-HAP. A outra utiliza circuitos supercondutores que funcionam a temperaturas entre 10 e 20 mK.

A análise deles também mostra que esses HAPs habilitados para computação quântica suportam 30% mais qubits do que os QDCs terrestres, mantendo taxas de erro mais baixas, especialmente ao aproveitar recursos avançados de hardware.

Além dos qubits, a economia de energia alcançada pelo sistema quântico estratosférico também depende da arquitetura do centro de dados, conforme apontado no estudo..

Embora poderoso, esse conceito futurista está longe da implementação prática, exigindo avanços significativos no hardware da computação quântica, como sistemas robustos para identificar e corrigir erros, principalmente durante a transmissão.

Existem também da 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 requer uma análise cuidadosa.

O foco do estudo para pesquisas futuras deve ser a análise de como os fatores ambientais afetam os sistemas quânticos e sobre Desenvolvimento de projetos robustos para a implementação prática do QC-HAP. 

“Nossos próximos passos são passar da fase conceitual e analítica para estudos mais focados na implementação.”

– O coautor do estudo, Osama Amin

Olhando para o futuro, os pesquisadores esperam que as soluções quânticas aéreas não substituam, mas coexistam com os centros de dados convencionais terrestres em uma estrutura de computação em nuvem híbrida.

A corrida global para tornar os computadores quânticos uma realidade

Enquanto os pesquisadores exploram plataformas quânticas baseadas no espaço, os principais atores da indústria continuam a desenvolver o hardware necessário para a era quântica que essas plataformas poderão eventualmente suportar. 

IBM (IBM ), por exemplo, está entre os profundamente envolvidos em computadores quânticos, esperando entregar o Starling, um computador quântico de grande escala e tolerante a falhas, antes do final da década.

Recentemente, a empresa anunciou o desenvolvimento de novas unidades de processamento quântico (QPUs) que são esperados para ajudar eles alcançar vantagem quântica anteriormente Um computador quântico totalmente tolerante a falhas.

Com 120 qubits, o IBM Quantum Nighthawk é Está primeiro novo processador que pode processar Cálculos quânticos 30% mais complexos do que a QPU anterior da IBM (R2 Heron). Cada um desses qubits pode se conectar com o mais próximo quatro vizinhos graças a Acopladores ajustáveis. Essa estrutura permitirá que os cientistas explorem problemas que exigem 5,000 portas de dois qubits, com a IBM esperando Ter Versões futuras do Nighthawk entregando até 10,000 portões até o final de 2027.

O IBM Loon é o outro processador menor. que tem 112 qubits e todos os elementos de hardware necessários para tolerância total a falhas, visando lidar com a alta taxa de falhas. em qubits. Esta Isso ajudará a equipe a aprender com antecedência sobre o Kookaburra, outro processador de prova de conceito, que será a primeira QPU com design modular para armazenar e processar informações codificadas. é esperado próximo ano.

Além disso, a IBM compartilhou que a visão deles new formato de A fabricação de processadores quânticos em um wafer de 300 mm (12 polegadas) reduz pela metade o tempo necessário para construir cada um, ao mesmo tempo que aumenta a eficiência. da complexidade física de chips em 10x.

Embora o hardware esteja avançando rapidamente, os cronogramas para a popularização da computação quântica variam drasticamente entre os líderes do setor.

Computadores quânticos, de acordo com Intel (INTC ) O ex-CEO, Pat Gelsinger, se tornará popular muito mais rapidamente, em cerca de dois anos, e marcará o fim das GPUs. Enquanto isso, Nvidia (NVDA )A [nome da empresa], uma das principais empresas do mercado de GPUs, afirmou que a tecnologia quântica levará duas décadas para se tornar popular.

“Estamos entrando na década ou nas duas décadas mais emocionantes para os tecnólogos”, disse Gelsinger em entrevista ao Financial Times. Ele também chamou a computação quântica de "santíssima trindade" da computação quântica. da computação mundo, juntamente com a computação clássica e a computação de IA.

Mas enquanto Gelsinger também acredita que um "avanço quântico" irá estourar a bolha da IA, Sundar Pichai, do Google, vê isso como o próprio próximo boom da IA.

O CEO da terceira maior empresa do mundo by Em uma entrevista recente, a empresa, com capitalização de mercado de US$ 3.86 trilhões, afirmou que a computação quântica está se aproximando rapidamente de um momento decisivo semelhante ao que a inteligência artificial vivenciou alguns anos atrás.

"Eu diria que a computação quântica está onde talvez a inteligência artificial estava há cinco anos. Então, acho que daqui a cinco anos estaremos passando por uma fase muito empolgante na computação quântica."

– Pichai

E o Google está se posicionando agressivamente para essa mudança. Segundo Pichai:

“Temos os esforços mais avançados em computação quântica do mundo… a construção de sistemas quânticos, acredito, nos ajudará a simular e compreender melhor a natureza e a desbloquear muitos benefícios para a sociedade.”

Reforçando essa trajetória, apenas no mês passado, pesquisadores da Google Quantum AI relatado a aplicação de um código de superfície² utilizando três circuitos dinâmicos distintos. Esta Abre novas possibilidades para a aplicação prática da conhecida técnica de Correção de Erros Quânticos (QEC) e também pode ajudar no desenvolvimento de sistemas mais confiáveis. computadores quânticos.

A correção de erros quânticos (QEC) é a forma de fazer esses computadores funcionarem de maneira confiável. Ela também é essencial na construção de computadores quânticos tolerantes a falhas, mas "implementar a 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, em seguida, verificando repetidamente a ocorrência de falhas.

Anteriormente, McEwen trabalhou em uma proposta teórica que demonstrava a existência de múltiplas maneiras de implementá-lo, em particular, demonstrando a viabilidade de três implementações distintas de código de superfície dinâmico: hexadecimal, iSWAP e circuitos de caminhada.

Partindo disso, a equipe prosseguiu para trabalho de comprovação que eles trabalham em experimentos em condições do mundo real. 

Após os testes, eles descobriram que os circuitos iSWAP apresentavam melhorias. da supressão de erros em 1.56 vezes e o circuito de caminhada em 1.69 vezes, enquanto o circuito hexagonal fiz assim por 2.15 vezes.

“A principal conclusão do nosso trabalho é a confirmação de que essas implementações de circuitos dinâmicos funcionam na prática.”

– McEwen

Os avanços na estabilidade dos qubits também estão se acelerando. Engenheiros de Princeton foram recentemente capaz de estender tempos de vida dos qubits³ em sua pesquisa mais recente, que foi parcialmente financiado pelo Google Quantum AI..

Dando 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 tempo do que as versões mais potentes existentes.

“O verdadeiro desafio, o 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 da faculdade de engenharia de Princeton. “Este é o próximo grande salto em frente.”

Para confirmar a melhoria na 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 utilizada depende de circuitos supercondutores que operam em temperaturas extremamente baixas. frio temperaturas e oferta sólida proteção da ruído ambiental. Eles também funcionam bem com os processos de fabricação atuais. No entanto, aumentar o tempo de coerência desses qubits é extremamente difícil.

Assim, a equipe de Princeton redesenhou o qubit, usando da tântalo excepcionalmente robusto para prevenir da 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.

A combinação desses dois fatores, juntamente com o aprimoramento 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 pode trabalhar aproximadamente um bilhão de vezes melhor do que o melhor projeto atual do setor. is trocado com Princeton design devido às suas melhorias dimensionamento 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 )Recentemente, ele afirmou que, embora a tecnologia quântica ainda não esteja avançada o suficiente para ameaçar os sistemas criptográficos atuais, ela poderá se tornar poderosa o bastante para quebrá-los alguns anos depois de 2030.

Esta representa uma ameaça não apenas para Bitcoin (BTC ) e criptomoedas, mas também toda a criptografia bancária. Ele disse à Fortune em uma entrevista:

“A promessa da computação quântica é um aumento exponencial de velocidade, mas se você ampliar a imagem de uma curva exponencial, ela se torna completamente plana — e depois se transforma em uma parede vertical. Portanto, estamos apenas no início da inflexão. No momento, ela não é mais poderosa do que o seu smartphone. Mas daqui a alguns anos, será mais poderosa do que o maior supercomputador já construído.”"

No entanto, as empresas estão trabalhando em soluções, enquanto os pesquisadores estão expandindo o alcance das redes quânticas. No mês passado, pesquisadores da Escola de Engenharia Molecular Pritzker da Universidade de Chicago (UChicago PME) aumentou o alcance das conexões quânticas³ de apenas alguns quilômetros até 2,000 km.

“Pela primeira vez, a tecnologia para construir uma internet quântica em escala global está ao nosso 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 atingir 24 milissegundos.

A inovação aqui foi prédio os cristais críticos para cria emaranhamento quântico de uma maneira diferente. Para isso, eles utilizado epitaxia por feixe molecular (MBE), que é Semelhante à impressão 3D. “Começamos do zero e depois 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 dedicada exclusivamente à computação quântica, que constrói e comercializa computadores quânticos com foco em qubits de íons aprisionados. A empresa oferece hardware quântico por meio das principais plataformas de nuvem. Seu objetivo é tornar a computação quântica mais acessível e posicioná-la de forma favorável para a adoção comercial, à medida que a computação quântica avança em direção ao uso no mundo real. 

O desempenho das ações da IonQ reflete isso, com suas ações sendo negociadas atualmente a US$ 48.10, uma queda de 21% no último mês, mas com alta de mais de 18% no acumulado do ano e 67.56% nos últimos três anos. A empresa tem um LPA (TTM) de -5.35 e um P/L (TTM) de -9.21.

Quanto à saúde financeira da empresa, ela reportou uma receita de US$ 39.9 milhões no terceiro trimestre de 2025, um aumento de 222% em relação ao mesmo período do ano anterior. Seu prejuízo líquido foi de US$ 1.1 bilhão, enquanto o lucro por ação (EPS) GAAP foi de (US$ 3.58) e o EPS ajustado foi de (US$ 0.17).

A IonQ possuía US$ 1.5 bilhão em caixa, equivalentes de caixa e investimentos ao final do trimestre. 

"Atingimos nosso marco técnico de 2025, o #AQ 64, três meses antes do previsto, liberando 36 quatrilhões de vezes mais espaço computacional do que os principais sistemas supercondutores comerciais. Alcançamos um marco verdadeiramente histórico ao demonstrar um desempenho recorde mundial de 99.99% em portas de dois qubits, reforçando nosso caminho rumo a 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 a Oak Ridge National.Laboratório para desenvolver fluxos de trabalho quântico-clássicos acelerados e aplicações energéticas avançadas.

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

Últimas notícias sobre as ações da IonQ, Inc. (IONQ)

Conclusão: Quando 'a Nuvem' se torna Quântica

A computação quântica está evoluindo rapidamente, deixando de ser uma mera curiosidade de laboratório para se tornar uma corrida tecnológica global, onde gigantes da indústria como IBM, Google e Nvidia estão elevando as capacidades de hardware a níveis sem precedentes. Enquanto isso, avanços na coerência de qubits e na computação quântica estão impulsionando o setor.A correção de erros e o emaranhamento de longa distância estão resolvendo de forma constante os desafios de longa data da área.

Nesse contexto, a proposta da KAUST visa tornar a “computação em nuvem” viável." 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. Na próxima década, é muito real que a computação quântica finalmente deixe de ser teoria e se torne realidade. praticidade, reformulando a criptografia, a ciência e eventualmente talvez até mesmo o significado de “a nuvem”" si.

Clique aqui para ver uma lista das principais ações de computação em nuvem.

Referências

1. Abderrahim W., Amin O. e Shihada B. Computação quântica verde no céu. Tecnologia sem fio npj 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, KC Miao, G. Roberts, KJ Satzinger, A. Bengtsson, M. Neeley, WP Livingston, A. Greene, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, TI Andersen, M. Ansmann, F. Arute,…, A. Morvan et al. Demonstração de códigos de superfície dinâmicos. Física da Natureza, 2025, Artigo publicado em 17 de outubro de 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
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