Computação quântica para o chão de fábrica

Os computadores quânticos prometem resolver problemas que os computadores clássicos simplesmente não conseguem resolver. Em teoria. Na prática, porém, são incrivelmente sensíveis: um camião a passar, um zumbido repentino do ar condicionado ou até mesmo uma luz a acender-se numa sala adjacente podem fazer com que o sistema reaja de forma sensível às alterações ambientais. É por isso que estes dispositivos têm estado, até agora, confinados a laboratórios altamente especializados, protegidos como pacientes em cuidados intensivos. Para as empresas que pretendem integrar computadores quânticos em ambientes produtivos, isto representa um desafio significativo.

Hila Safi, juntamente com os seus colegas, foi pioneira numa solução inovadora para este problema, o que lhe valeu o Prémio de Inventora do Ano de 2025 na categoria “Doutoramento”. A sua inovação consiste num gémeo digital concebido para simular com precisão o funcionamento de um computador quântico e a sua integração num ambiente industrial típico. “Com este gémeo digital, podemos operar computadores quânticos em ambientes reais – de forma segura, estável e fiável”, explica a doutoranda da Universidade de Ciências Aplicadas de Regensburg.

O problema: demasiado sensível para o mundo real

Os computadores quânticos baseiam-se nos qubits – as unidades fundamentais de informação da mecânica quântica. Um qubit representa o estado de um sistema físico, atuando como portador de informação e tirando partido de fenómenos quânticos como a superposição e o entrelaçamento.

Estes estados físicos são extremamente frágeis. Mesmo perturbações mínimas, como campos eletromagnéticos ou alterações subtis na estrutura da sala, podem comprometer os cálculos. Embora sejam controláveis num ambiente laboratorial controlado, estes fatores representam um desafio significativo no chão de fábrica.

“O funcionamento fiável de um computador quântico depende, na verdade, do ambiente em que se encontra”, explica Safi. “Mesmo pequenas vibrações ou variações de temperatura podem causar erros, e é por isso que é tão importante simular e compreender estes efeitos numa fase inicial.” Até agora, o setor industrial não considerou os sistemas quânticos suficientemente fiáveis. Sem resultados sólidos e previsíveis, a sua utilização nas empresas é demasiado arriscada. Muitas questões sobre onde os instalar, quão estáveis serão e a sua utilidade global tornam difícil para as empresas decidir se e onde investir.

A solução: simular primeiro, depois implementar

É precisamente aqui que o inovador gémeo digital da Safi representa um avanço decisivo. Este replica virtualmente um computador quântico e o ambiente operacional previsto antes da instalação física. O modelo integra dados provenientes de sensores ambientais, estatísticas de erros e simulações de potenciais fontes de interferência com as características conhecidas do hardware.

Esta abordagem proactiva permite responder antecipadamente a questões cruciais: Será que o computador quântico consegue funcionar eficazmente num ambiente industrial? Que tipos de erros são previsíveis? Em que medida é que estes erros prejudicariam a qualidade do processamento? E que medidas, tais como um blindagem reforçada, uma localização alternativa ou uma calibração adaptativa, seriam necessárias para estabilizar o sistema?

Por exemplo, considere um pavilhão de produção onde se utilizam robôs de transporte, as instalações fabris geram vibrações e as linhas elétricas criam campos de interferência eletromagnética. O gémeo digital simula o impacto preciso destes fatores na estabilidade dos qubits, revelando onde as taxas de erro seriam toleráveis e, fundamentalmente, onde não o seriam. Além disso, o gémeo permanece ativo durante o funcionamento: caso o ambiente se altere devido a modificações estruturais ou à introdução de novas máquinas, os sensores detetarão essas alterações e avaliarão o seu impacto potencial.

A vantagem: a computação quântica torna-se previsível

Graças ao gémeo digital, as empresas dispõem finalmente de dados fiáveis para orientar as suas decisões sobre a computação quântica industrial. Podem agora avaliar exaustivamente os riscos antes de investir avultadas quantias e compreender claramente o que é necessário para que o sistema funcione de forma estável.

Como explica Safi, “Na minha investigação, exploro o desenvolvimento conjunto de algoritmos e hardware quânticos para dar resposta a desafios complexos de otimização e industriais que são insolúveis ou altamente ineficientes para os métodos clássicos. Isto envolve identificar classes de problemas especialmente adequadas para a computação quântica e desenvolver abordagens de modelação eficientes.”

O seu gémeo digital colmata eficazmente a lacuna crítica entre a investigação teórica e a aplicação prática. Para que os computadores quânticos consigam sair dos laboratórios especializados e entrar em ambientes industriais reais, precisam de se tornar tão estáveis, escaláveis e fiáveis quanto os sistemas de TI que utilizamos diariamente.