Três inovações na computação quântica prometem salto tecnológico. O Lançamento do primeiro Sistema Operacional para Redes Quânticas, um chip quântico com desempenho um milhão de vezes mais rápido do que o computador quântico do Google.
E uma computador com Processador Híbrido Quântico-Eletrônico, que simplifica o processo de fabricação e operação rumo a popularização.
Iniciamos a apresentação dessas inovações históricas com o primeiro sistema Operacional para Redes Quantica.
Pesquisadores das universidades de Delft (Países Baixos) e Innsbruck (Áustria) deram um grande passo para a transformação das redes quânticas de um conceito teórico em uma tecnologia prática que deverá revolucionar o futuro da internet, criando uma internet quântica.
Eles lançaram o QNodeOS, o primeiro sistema operacional projetado para redes quânticas. O artigo foi publicado na prestigiada Revista Nature,
“O objetivo da nossa pesquisa é levar a tecnologia de rede quântica para todos. Com o QNodeOS, estamos dando um grande passo à frente. Estamos tornando possível – pela primeira vez – programar e executar aplicativos facilmente em uma rede quântica,” disse a professora Stephanie Wehner.
“Nosso trabalho também cria uma estrutura que abre áreas inteiramente novas de pesquisa em ciência da computação quântica.” Afirma a pesquisadora.
A capacidade de programar facilmente o hardware da computação clássica foi o passo crucial para disseminar o uso dos computadores eletrônicos tradicionais, permitindo que qualquer pessoa pudesse criar uma ampla gama de aplicativos, operasse esses computadores e os interligasse em redes, tudo sem precisar entender os meandros do próprio hardware e dos diferentes tipos de hardware interligados.
O QNodeOS faz o mesmo para o hardware quântico.
“O sistema é como o software em seu computador em casa: Você não precisa saber como o hardware funciona para usá-lo,” destacou a pesquisadora Mariagrazia Iuliano, membro da equipe.
O sistema operacional de rede quântica, o QNodeOS
O sistema operacional de rede quântica é totalmente programável, o que significa que os aplicativos podem ser executados em alto nível, assim como em sistemas operacionais clássicos, como Windows ou Linux.
Diferente dos sistemas anteriores, que exigiam uma codificação específica para cada configuração experimental, o QNodeOS torna possível operar processadores quânticos em uma rede com facilidade, independentemente da plataforma de hardware usada.
Ao essencialmente remover a barreira entre hardware e software de rede, o sistema operacional permitirá que os desenvolvedores criem aplicativos com facilidade e em um amplo espectro de soluções de hardware, abrindo caminho para o desenvolvimento de softwares que possam levar a tecnologia de rede quântica para a sociedade.
Isso é crucial em um ambiente que atualmente conta com diversas plataformas de hardware, dos processadores quânticos de recozimento aos processadores universais com sistemas de qubits de fótons de luz, átomos individuais, sistemas supercondutores e qubits moleculares.
“Uma arquitetura assim, que nunca foi criada antes para redes quânticas, permite que os desenvolvedores se concentrem na lógica do aplicativo, em vez de nos detalhes do hardware,” disse o pesquisador Bart van der Vecht. “Isso torna mais fácil criar novos tipos de aplicativos, alguns dos quais talvez nem consigamos imaginar hoje.”
Características de uma rede quântica
As aplicações de rede quântica diferem das aplicações que rodam em um computador quântico, introduzindo desafios únicos que os pesquisadores tiveram que superar.
Ao contrário dos computadores quânticos, que rodam programas únicos, as aplicações de rede quântica exigem programas separados para executar independentemente em diferentes nós de rede – como um aplicativo cliente no seu telefone e um servidor na nuvem.
Esses programas precisam coordenar-se entre si por meio de mensagens e entrelaçamento quântico, o tipo especial de conexão quântica à distância entre os qubits que dá às redes quânticas seu poder – a informação pode ser manipulada sem que ela tenha que viajar de um lugar para outro.
O QNodeOS resolve os desafios únicos impostos por esse paradigma de execução tão diferente. Ele foi testado na prática conectando dois tipos de processadores quânticos muito diferentes, um que usa qubits de íons aprisionados por feixes de laser e outro que usa qubits naturais do diamante.
Como próximo passo, a equipe está trabalhando na infraestrutura para disponibilizar acesso aos componentes de software e hardware da tecnologia.
Uma das maneiras de fazer isso será empregar o QNodeOS no demonstrador de internet quântica da Universidade de Delft, chamado Explorador de Rede Quântica.
Isso permitirá que um público muito mais amplo experimente, inove e crie software para redes quânticas, acelerando a evolução do campo.
China cria chip um quatrilhão de vezes mais rápido que supercomputadores
Novo chip protótipo de 105 qubits, o “Zuchongzhi 3.0”, utiliza qubits supercondutores e representa avanço significativo. O novo processador quântico supercondutor alcançou resultados de benchmark que supera a nova QPU Willow, do Google.
O novo chip protótipo possui 105 qubits, segundo cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), em Hefei (China). A pesquisa foi publicada na Physical Review Letters.
Os cientistas utilizaram o processador para concluir uma tarefa no amplamente usado benchmark de amostragem de circuitos quânticos aleatórios (RSC, na sigla em inglês) em apenas algumas centenas de segundos.
O teste de bancada de amostragem aleatória de circuitos com 83 qubits distribuídos em 32 camadas foi completado um milhão de vezes mais rápido do que o resultado estabelecido pelo chip Sycamore, da geração anterior do Google, divulgado em outubro de 2024;
Em contraste, o Frontier, o segundo supercomputador mais rápido do mundo, levaria 5,9 bilhões de anos para realizar a mesma tarefa.
Por fim, apresentamos o terceiro resultado de pesquisa que promete revolucionar a área de computação quântica, e a sua popularização nos próximos anos. Um hibrido de computador quântico com tecnologia de silício.
Novo computador quântico com tecnologia de silício pode ser plugado na tomada de casa
Pesquisadores do Colégio Universitário de Dublin, na Irlanda, apresentaram o primeiro computador quântico baseado em silício para ser plugado na tomada doméstica, podendo operar diretamente em conjunto com os computadores eletrônicos tradicionais usados nas centrais de dados.
[Imagem: Equal1]
Batizada de Bell-1, a máquina é na verdade um híbrido entre um computador quântico e um computador eletrônico, tudo dentro do mesmo processador, já que as duas arquiteturas são baseadas no silício.
A parte quântica do processador continua precisando ser resfriada até perto do zero absoluto, mas como é uma parte minúscula de um chip, o sistema de resfriamento é largamente simplificado, dispensando os tradicionais refrigeradores de diluição, que tornam os computadores quânticos enormes e exigindo salas dedicadas, o que torna impossível sua conexão direta em uma central de dados.
“O Bell-1 foi projetado para implantação direta em ambientes de classe processamento de alto desempenho. Como um nó quântico montável em rack, ele se integra diretamente ao lado da computação clássica – tão compacto quanto um servidor GPU, mas exponencialmente mais poderoso para os problemas mais difíceis do mundo. O Bell-1 foi projetado para eliminar as barreiras tradicionais de custo, infraestrutura e complexidade, definindo um novo padrão para integração da computação quântica escalável,” anunciou a Equal1, empresa criada pelos pesquisadores para fabricar o computador quântico.
Assim, o Bell-1 é um marco na computação quântica, que passa das máquinas experimentais para soluções implantáveis em condições industriais.
Até agora, a computação quântica esteve confinada a instituições de pesquisa, mas este é o primeiro sistema quântico comercialmente viável construído para rodar dentro de ambientes de centrais de dados, como os dedicados ao treinamento de modelos de inteligência artificial ou à nuvem.
“Com o Bell-1, as empresas agora podem aproveitar a aceleração quântica sem modificar sua infraestrutura, possibilitando o aproveitamento da computação quântica para IA, modelagem financeira, pesquisa farmacêutica e ciência de materiais,” diz a nota da empresa.
Computador quântico para ligar na tomada doméstica
O Bell-1 foi construído usando a tecnologia baseada em silício, contando com um processador quântico de 6 qubits, chamado UnityQ, integrado a uma eletrônica de controle, tudo alojado em um único rack.
A parte quântica fica refrigerada a 0,3 Kelvin (-272.85 °C) por um sistema de criorresfriamento miniaturizado, alojado dentro do próprio rack, dispensando o refrigerador de diluição.
A máquina mede 0,6 m x 1 m x 1,6 m, pesa 200 kg e consome 1.600 watts, o que é comparável ao consumo de um servidor empresarial.
Como está tudo montado dentro de um rack padrão, basta conectá-lo à tomada de energia para contar com um computador quântico “doméstico”.
“Este é apenas o começo. As futuras gerações expandirão a capacidade de qubits, melhorarão a eficiência de resfriamento e ampliarão os limites da computação quântica escalável baseada em silício. Construída com uma arquitetura de hardware à prova do futuro, a família UnityQ de processadores QSOC [Quantum System on Chip, ou sistema quântico em um chip] baseados em silício da Equal1 permite atualizações de campo, garantindo retorno do investimento de longo prazo para tirar proveito da capacidade futura de qubits e das capacidades computacionais,” promete a empresa.
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A reprodução de matérias é livre mediante a citação do título do texto com link apontando para este texto. Crédito do site Nature & Space
PRIMEIRO SISTEMA OPERACIONAL QUÂNTICO E NOVOS SUPER CHIPs
Bibliografia
Artigo: An operating system for executing applications on quantum network nodes
Autores: C. Delle Donne, M. Iuliano, B. van der Vecht, G. M. Ferreira, H. Jirovská, T. J. W. van der Steenhoven, A. Dahlberg, M. Skrzypczyk, D. Fioretto, M. Teller, P. Filippov, A. R.-P. Montblanch, J. Fischer, H. B. van Ommen, N. Demetriou, D. Leichtle, L. Music, H. Ollivier, I. te Raa, W. Kozlowski, T. H. Taminiau, P. Paweczak, T. E. Northup, R. Hanson, S. Wehner
Revista: Nature
Vol.: 639, pages 321-328
DOI: 10.1038/s41586-025-08704-w
Site Inovação Tecnológica
Criado primeiro sistema operacional para redes quânticas
Lançado computador quântico de silício pronto para ser plugado na tomada
Physical Review Letters
