Computação quântica para o chão de fábrica

Os computadores quânticos têm a promessa de resolver problemas que os computadores clássicos simplesmente não conseguem lidar. Em teoria. Na prática, porém, são incrivelmente delicados: um camião que passa, um zumbido súbito do ar condicionado ou mesmo uma luz acesa numa sala adjacente podem fazer com que o sistema reaja sensivelmente às alterações ambientais. É por isso que estes dispositivos têm estado até agora confinados a laboratórios altamente especializados, protegidos como doentes em cuidados intensivos. Para as empresas que pretendem integrar computadores quânticos em ambientes produtivos, isso representa um desafio significativo.

Hila Safi, juntamente com os seus colegas, foi pioneira numa solução inovadora para este problema, valendo-lhe o Prémio Inventor do Ano 2025 na categoria “PhD”. A sua inovação é gêmeo digital concebidos para simular com precisão o funcionamento de um computador quântico e ser integrado num ambiente industrial típico. “Com este gémeo digital, podemos operar computadores quânticos em ambientes reais — de forma segura, estável e fiável”, explica o doutorando da Universidade de Ciências Aplicadas de Regensburg.

O problema: demasiado sensível para o mundo real

Os computadores quânticos dependem qubits — as unidades fundamentais da mecânica quântica de informação. Um qubit representa o estado de um sistema físico, atuando como um portador de informação e alavancando fenómenos quânticos como a superposição e o emaranhamento.

Estes estados físicos são extremamente frágeis. Mesmo perturbações mínimas, tais como campos electromagnéticos ou alterações subtis na estrutura da sala, podem corromper os cálculos. Apesar de serem geríveis num ambiente de laboratório controlado, estes fatores representam um desafio significativo no chão de fábrica.

“A operação fiável de um computador quântico depende realmente do seu entorno”, explica Safi. “Mesmo pequenas vibrações ou mudanças de temperatura podem causar erros, razão pela qual é tão importante simular e compreender esses efeitos desde o início.” Até agora, a indústria não encontrou sistemas quânticos suficientemente fiáveis. Sem resultados fortes e previsíveis, a sua utilização nos negócios é demasiado arriscada. Muitas perguntas sobre onde colocá-los, quão estáveis serão e a sua utilidade global tornam difícil para as empresas decidirem se e onde investir.

A solução: simular primeiro e depois instalar

É precisamente aqui que o inovador gémeo digital da Safi oferece um avanço. Ele praticamente replica um computador quântico e o ambiente operacional pretendido antes da instalação física. O modelo integra dados de sensores ambientais, estatísticas de erros e simulações de potenciais fontes de interferência com as características de hardware conhecidas.

Esta abordagem proactiva permite responder antecipadamente a questões cruciais: O computador quântico pode funcionar eficazmente dentro do ambiente industrial? Que tipos de erros são antecipados? Quão significativamente eles degradariam a qualidade da computação? E que medidas, tais como blindagem reforçada, colocação alternativa ou calibração adaptativa, seriam necessárias para estabilizar o sistema?

Por exemplo, consideremos uma sala de produção onde robôs de transporte estão em uso, as fábricas geram vibrações e as linhas de energia criam campos de interferência eletromagnética. O gémeo digital simula o impacto preciso destes fatores na estabilidade do qubit, revelando onde as taxas de erro seriam toleráveis e, crucialmente, onde não seriam. Além disso, o gêmeo permanece ativo durante a operação: Caso o ambiente mude devido a modificações estruturais ou a introdução de novas máquinas, os sensores detectarão essas alterações e avaliarão seu impacto potencial.

O benefício: a computação quântica torna-se previsível

Graças ao gémeo digital, as empresas finalmente têm dados fiáveis para guiar as suas decisões sobre a computação quântica industrial. Podem agora avaliar plenamente os riscos antes de investir muito dinheiro e compreender claramente o que é necessário para fazer o sistema funcionar de forma estável.

Como explica Safi, “Na minha pesquisa, exploro o co-desenvolvimento de algoritmos quânticos e hardware para abordar a otimização complexa e os desafios industriais que são intratáveis ou altamente ineficientes para os métodos clássicos. Isto envolve a identificação de classes de problemas exclusivamente adequadas para a computação quântica e o desenvolvimento de abordagens de modelação eficientes.”

O seu gémeo digital preenche eficazmente a lacuna crítica entre a investigação teórica e a aplicação prática. Para que os computadores quânticos saiam com sucesso de laboratórios especializados e para ambientes industriais reais, precisam de se tornar tão estáveis, escaláveis e fiáveis como os sistemas informáticos que usamos todos os dias.