Pesquisadores europeus agora terão acesso ao primeiro computador quântico da IBM fora dos Estados Unidos. O IBM Quantum System One, que até agora só existia no data center da IBM em Nova York, está agora disponível no Instituto Fraunhofer-Gesellschaft, na Alemanha, para pesquisadores externos, através de contratos mensais, para fins de pesquisa, educação e treinamento.
A Fraunhofer-Gesellschaft aposta que o Quantum System One abrirá o caminho para futuras aplicações industriais dessa nova forma de computação. Deve também levar a cada vez mais pesquisas e ajudar a desenvolver uma força de trabalho global pronta para o quantum. Segundo o Instituto, este é o primeiro passo para dimensionar comercialmente a tecnologia de computação quântica da IBM. Em julho, um computador quântico no Japão se juntará a seu primo Fraunhofer e, em um futuro não muito distante, um também será instalado na Cleveland Clinic em Ohio.
“A computação quântica abre novas possibilidades para a indústria e a sociedade”, diz Hannah Venzl, coordenadora da Fraunhofer Competence Network Quantum Computing. “Medicamentos e vacinas poderiam ser desenvolvidos mais rapidamente, modelos climáticos melhorados, sistemas de logística e transporte otimizados ou novos materiais melhor simulados. Para que tudo aconteça, para moldar ativamente o rápido desenvolvimento da computação quântica, precisamos acumular experiência na Europa”.
Construir experiência é vital para criar uma indústria quântica. A IBM espera que dentro de uma década se alcance uma “vantagem quântica” - o ponto em que os computadores quânticos fornecerão soluções mais precisas e computacionalmente mais baratas; ou mesmo nos permitem calcular soluções para problemas que não podemos resolver hoje.
e o primeiro Quantum System One da IBM fora dos Estados Unidos. Imagem: Divulgação/IBM
Lidando com a escassez de talentos quânticos
Atrás das portas gigantes do sistema, em Fraunhofer, feitas do mesmo vidro que protege a Mona Lisa no Louvre, há uma estrutura em forma de cilindro. Dentro está o processador Falcon de 27 qubit, o processador quântico mais avançado e de alta tecnologia da IBM, mantido em uma temperatura mais fria do que o espaço sideral, com qubits que têm longos tempos de coerência - tempo que eles permanecem em seu estado quântico - e operações precisas de baixo ruído de cerca de 1020 watts.
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Embora Fraunhofer seja o primeiro lugar fora dos Estados Unidos a ter um IBM Quantum System One, o interesse em tecnologias quânticas tem crescido constantemente na última década. Quase todos os continentes agora têm startups de computação quântica, e muitos gigantes da tecnologia, além da IBM, estão fazendo avanços nesse campo. No total, o mercado global de tecnologias quânticas pode, em breve, chegar a quase US $ 22 bilhões.
Embora os investimentos em pesquisa e na própria pesquisa sejam importantes, eles não são suficientes. Há uma desconexão entre o desenvolvimento de um computador quântico e sua comercialização em larga escala.
Apenas uma fração das empresas está se preparando para o quantum. A grande maioria das empresas ainda não tem força de trabalho capaz de usar computadores quânticos, fazer qualquer tipo de programação quântica, ou mesmo ter uma ideia de como um computador quântico poderia ajudá-las. Há pouco treinamento quântico no trabalho e poucas contratações com habilidades de computação quântica, disse a empresa.
No entanto, pesquisadores alemães já fazem uso da tecnologia na Europa. Com foco na otimização quântica, pesquisadores começaram a explorar com o System One, do Fraunhofer, novas abordagens de simulação para materiais em sistemas de armazenamento de energia. Outro projeto que está sendo estudado ativamente pelos pesquisadores locais é otimizar melhor as carteiras de ativos financeiros e melhorar os parâmetros de estabilidade em infraestruturas de fornecimento de energia. Eles até pretendem usar o computador quântico para expandir os limites do aprendizado profundo com o aprendizado de máquina quântico.
“Na Fraunhofer, temos mais de 70 anos de experiência em pesquisa aplicada e projetos industriais e estamos intimamente ligados à indústria”, diz Venzl. “O treinamento no sistema nos ajudará a desenvolver aplicações práticas e desenvolver competências importantes na indústria alemã e na própria Fraunhofer”.
Montagem do System One
A bola na Fraunhofer definitivamente está rolando - mas trazer a máquina aqui foi tudo menos trivial.
“Eu estava no local em outubro de 2019, onde tive a chance de interagir diretamente com a equipe que faz o trabalho de design local, envolver todos - eletricistas, encanadores - e examinar os planos em detalhes”, disse Chris Lirakis, líder quântico da IBM para implantação de sistemas quânticos, baseado no laboratório da IBM em Yorktown Heights, próximo à cidade de Nova York. “É a única maneira de ler a linguagem corporal das pessoas, levando em consideração as diferenças culturais e de idioma”.
A pandemia, no entanto, fez com que ninguém da equipe dos EUA voasse para a Alemanha. Portanto, os IBMistas tiveram que adotar técnicas inspiradas na NASA de montagem remota, levando as práticas de trabalho remoto dessa pandemia ao extremo.
"A 6.000 quilômetros de distância, a equipe dos EUA trabalhou com engenheiros alemães do laboratório de desenvolvimento IBM local para instalar o criostato, um sistema de refrigeração especializado e o delicado processador quântico IBM Falcon", disse Lirakis.
Uma das caixas enviadas para a Alemanha foi construída sob medida para suportar o isolamento de vibração, com material de absorção de choque e suportes que podem ser aparafusados, tornando impossível virar a caixa inteira.
A equipe da IBM na Alemanha que criou o 'hub' do Quantum System One, em Ehningen, uma cidade a meia hora de carro de Stuttgart, inicialmente não tinha experiência na montagem do sistema completo. Então, Lirakis e seus colegas criaram um curso aprofundado em montagem quântica para os engenheiros alemães. Dessa forma, várias horas por dia durante algumas semanas, eles foram trancados em uma sala de aula virtual.
Mesmo com os desafios impostos pela pandemia, eles conseguiram e o computador quântico ficou on-line de acordo com a programação original pré-Covid em janeiro de 2021.
Uso do sistema quântico
Embora o sistema quântico seja para Fraunhofer, é possível para cientistas e estudantes de fora do instituto usá-lo também para pesquisa civil e educação. O acesso requer um contrato e o uso é na base de um ticket mensal, dando flexibilidade aos parceiros sem um compromisso de longo prazo.
Cada novo pesquisador que colocar as mãos na máquina, no laboratório ou pela nuvem, contribuirá para transformar o fluxo de talentos quânticos em uma inundação, vital para a era quântica emergente. Precisamos de mais colaborações como essas, entre pesquisadores e estudantes, para criar uma força de trabalho diversificada e pronta para o quantum, com carreiras em tecnologias quânticas do futuro, disse a IBM.
Cientistas e estudantes que usam computadores quânticos não deveriam ser apenas físicos ou programadores, o que costuma acontecer hoje, diz postagem no blog da IBM. Um ecossistema quântico de sucesso de amanhã precisa de engenheiros de computação quântica, cientistas da computação, técnicos, especialistas em óptica e fotônica e até mesmo economistas, líderes de mercado e comunicadores.
A empresa diz que é preciso programadores quânticos qualificados para criar bibliotecas de algoritmos quânticos para problemas específicos em diferentes campos. Mas também, especialistas quânticos para melhorar ainda mais o software e o hardware, para fazer avançar a tecnologia de computação quântica central. Além disso, as empresas precisam ter consciência quântica o suficiente para perceber que um computador quântico os ajudaria a melhorar significativamente a produção e possivelmente criar produtos que não podem criar hoje.
Conforme a tecnologia e o ecossistema amadurecem, milhares de novos empregos aparecerão. É preciso abordar a atual escassez de talentos quânticos, garantindo que haja pessoas habilitadas e inteligentes o suficiente para preenchê-los, diz a IBM. Mais colaborações como a de Fraunhofer ajudarão a democratizar a indústria quântica e construir um ecossistema de computação quântica vibrante para tornar o mundo pronto para o quantum - e começar a moldar nosso futuro quântico.
