Tecnologia quântica supera obstáculos técnicos, entrando na fase de validação para industrialização

O desvio de 300 mil milhões de anos não excede 1 segundo. A tecnologia quântica voltou a atualizar a precisão de cronometragem da humanidade. Em março deste ano, uma equipa de investigação da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) alcançou uma ruptura na ordem de 10-19 no desenvolvimento de relógios atómicos ópticos, empurrando os padrões globais de tempo para a era óptica. Esta nova precisão de medição abre portas para uma série de aplicações pioneiras.

Há cem anos, os físicos descobriram que a física clássica não conseguia explicar o mundo microscópico; foi nesse contexto que nasceu a mecânica quântica. Hoje, a tecnologia quântica está a ultrapassar os limites da física clássica, redefinindo a capacidade de computação, a precisão na perceção e a segurança da informação da humanidade.

Enquanto uma das seis futuras indústrias previstas no documento orientador do “15.º Plano Quinquenal” (Plano Quinquenal), a tecnologia quântica é um apoio importante para o nosso país ganhar espaço decisivo na tecnologia e nos setores centrais do futuro. Atualmente, o nosso país alcançou avanços nos três grandes percursos da tecnologia quântica: computação quântica, comunicação quântica e medição quântica de elevada precisão. Instituições de investigação representadas pela USTC e pelo Shenzhen International Quantum Research Institute, bem como empresas líderes como Guodun Quantum, GYQ Quantum e Benyuan Quantum, destacaram-se, tendo já sido inicialmente formada uma configuração em que a aglomeração de I&D impulsiona o desenvolvimento da indústria.

No entanto, para a tecnologia quântica passar de descobertas originais em laboratório para aplicações à escala na cadeia industrial, ainda é necessário ultrapassar inúmeras falhas. Com o esforço conjunto de várias partes, esta guerra de resistência está a caminho de conseguir uma rutura.

Aproveitar os três percursos centrais

O quântico é a “unidade mínima” que constitui a energia do mundo. Os cientistas utilizam as características dos quanta para remodelar o mundo macroscópico com as regras do mundo microscópico.

No domínio dos computadores tradicionais, os bits são a unidade mínima de informação, composta por dois estados, 0 e 1; já no mundo quântico, os qubits podem estar simultaneamente em estados de superposição de 0 e 1, como uma moeda em rotação que tem simultaneamente as propriedades de frente e verso; entre múltiplos qubits forma-se emaranhamento, que pode ser usado para operações cooperativas eficientes; o total de estados de n qubits pode atingir 2 elevado à potência n, podendo ser usado para melhorar a dimensão do poder de computação.

Nos três grandes percursos centrais — computação quântica global, comunicação quântica e medição quântica de elevada precisão —, instituições de investigação e empresas chinesas demonstraram uma força sólida comparável ao nível de topo internacional.

A computação quântica é reconhecida como a área com maior dificuldade dentro da tecnologia quântica. O seu objetivo é inventar computadores quânticos, capazes de realizar tarefas de computação que os computadores clássicos não conseguem, o que também constitui uma direção prioritária de investigação e avanços em que cientistas de vários países e gigantes tecnológicos como Microsoft e Google se concentram.

Originada no Laboratório Estatal de Informação Quântica da Academia Chinesa de Ciências, a Benyuan Quantum desenvolveu com sucesso o computador quântico supercondutor “Benyuan Wukong”, equipado com um chip quântico supercondutor autónomo de 72 bits quânticos. Segundo o que se sabe, o “Benyuan Wukong” otimiza em conjunto, em termos de software e hardware, por meio do sistema operativo do computador quântico “Benyuan Sinan” e do sistema de controlo e medição do computador quântico “Benyuan Tianji”; atualmente, tem funcionamento estável há mais de dois anos e já concluiu mais de 800 mil tarefas de computação quântica globais em 163 países e regiões.

No campo da comunicação, a distribuição de chaves quânticas tem a característica de que qualquer escuta é detetada, fazendo com que a comunicação entre numa era de segurança absoluta. Conhecida pela comunicação segura quântica, a Guodun Quantum, apoiada por uma carteira de patentes globalmente líder na área de comunicação quântica, entre outras vantagens, desenvolveu autonomamente equipamentos centrais de comunicação segura quântica da quinta geração, ajudando a construir a primeira linha mundial de comunicação segura quântica de nível quilómetro “Pequim-Xangai (Jinghu)”, a rede tronco nacional de comunicação segura quântica de grande área e a “rede de comunicação segura quântica de grande área integrada no céu e na terra”, entre outros grandes projetos. Estas iniciativas fornecem um suporte técnico crucial para levar a comunicação quântica do laboratório a aplicações demonstrativas e implantações em larga escala.

A GYQ Quantum concentra-se sobretudo na área de medição quântica de elevada precisão, desenvolvendo autonomamente instrumentos científicos de alto nível. Um responsável ligado à empresa explicou ao repórter do Securities Times que, por exemplo, no caso do recetor de sonda quântica de diamante como componente central, o diâmetro da ponta da sonda é apenas 500 nanómetros, cerca de 1/100 de um fio de cabelo. Esta ponta extremamente minúscula integra um recetor/sensor ao nível dos átomos com uma escala de apenas cerca de 0,5 nanómetros. Tal como um termómetro consegue detetar a temperatura corporal humana, para “auscultar” um único tipo de célula e de molécula é necessário um instrumento de medição mais microscópico e mais sensível; é aqui que os instrumentos quânticos entram em cena. Em 2018, a GYQ Quantum lançou o primeiro equipamento X-band electrónico de ressonância paramagnética eletrónica (EPR) de produção nacional para uso comercial, quebrando de uma vez o monopólio técnico das marcas estrangeiras e alcançando uma importante rutura no que toca à industrialização da tecnologia de medição quântica de elevada precisão no nosso país.

Atualmente, o panorama do desenvolvimento da tecnologia quântica nos três domínios segmentados é diferente: na comunicação segura quântica, o nosso país ocupa uma posição de liderança global; na investigação sobre computadores quânticos, o nosso país avança lado a lado com os Estados Unidos, estando no mesmo grupo de topo a nível mundial; na medição quântica de elevada precisão, o nosso país tem liderança local em pistas segmentadas, mas ainda há uma diferença em áreas como instrumentos científicos de alta gama face aos países desenvolvidos.

Quebra das barreiras técnicas

A indústria chinesa de instrumentos científicos de alta gama arrancou mais tarde. Existem défices evidentes na nacionalização de componentes topo de gama e altamente precisos na parte a montante da cadeia industrial. Durante muito tempo, os sistemas completos de medição quântica de médio e alto nível foram monopolizados por grandes empresas internacionais e, além disso, enfrentaram restrições de exportação e bloqueios tecnológicos por parte de países ocidentais. Para além disso, a escassez extrema de talentos quânticos de alta qualidade, multidisciplinares, com base teórica profunda e experiência em industrialização, tornou-se uma importante barreira que limita o desenvolvimento da indústria.

A realidade severa obriga as empresas chinesas a encontrarem o seu próprio caminho. Um responsável relacionado com a GYQ Quantum afirmou que, para enfrentar desafios externos, a empresa ultrapassou e dominou autonomamente tecnologias centrais e “duro núcleo” como “geração e controlo de campos magnéticos altamente uniformes e estáveis”, “tecnologia de controlo de spin de micro-ondas” e “conceção e processamento de sensores quânticos”, promovendo a autonomia e controlo do instrumento do componente central ao sistema completo. Em simultâneo, a empresa definiu um plano de desenvolvimento claro: a montante, aprofundar a cooperação na cadeia de fornecimento local, avançar com a I&D e produção independente de componentes-chave, e melhorar de forma abrangente a autonomia e resiliência da cadeia de fornecimento; a jusante, contando com o “Quantum Ke Yi Gu” para impulsionar a construção de uma rede global de aplicações, acelerando a industrialização e implementação de tecnologias quânticas em áreas como fabrico industrial, saúde e energia.

O vice-presidente de Guodun Quantum, Zhou Lei, afirmou que a passagem da tecnologia do laboratório para a industrialização depende, em primeiro lugar, de tornar os dispositivos centrais autónomos e controláveis, e, em seguida, de promover que os produtos sejam implementados de forma estável, fiável, e em contexto de engenharia, bem como em aplicações em escala. No processo de desenvolvimento, a empresa enfrentou uma série de desafios, incluindo restrição no fornecimento de componentes eletrónicos/módulos centrais, elevada dificuldade de integração em produtos terminais e complexidade na construção de redes. Tomando como exemplo o recetor de fotão único (single-photon detector): nos primeiros anos, os produtos internacionais, com preços elevados e baixa taxa de bons, restringiam seriamente o desenvolvimento da indústria de comunicação quântica do nosso país. Perante a situação passiva de “ficar preso” no pescoço da inovação devido a componentes centrais, a Guodun Quantum, em conjunto com unidades nacionais com vantagens, após mais de mil experiências e avanços de I&D, desenvolveu um recetor de fotões únicos nacional com desempenho significativamente superior ao de produtos internacionais equivalentes. Esta série de produtos sustentou grandes projetos como a “linha Pequim-Xangai”, “rede de comunicação segura quântica de grande área integrada no céu e na terra”, entre outros, lançando uma base sólida para o desenvolvimento em larga escala da comunicação quântica.

Em 2025, a Guodun Quantum lançou o primeiro recetor de fotões únicos de arrefecimento profundo com quatro canais do mundo. Em indicadores-chave como eficiência de deteção, ruído escuro e nível de integração, a empresa atualizou registos mundiais (600628), com o volume apenas de 1/9 do de produtos internacionais equivalentes. Atualmente, a empresa consegue, com produtos de recetor de fotões únicos de I&D própria, satisfazer a grande maioria dos cenários de aplicação de recetores de fotões únicos, oferecendo soluções de elevado custo-benefício para aplicações reais como distribuição de chaves quânticas a distâncias ultra-longas e imagem por fotões únicos.

Graças ao planeamento prospetivo da Direção de Ciência e Tecnologia da província de Guangdong, o Shenzhen International Quantum Research Institute (Shenzhen International Quantum Research Institute) colocou mais cedo a sua agenda no desenvolvimento de instrumentos nucleares da tecnologia quântica como máquinas de litografia eletrónica, cabeças frias criogénicas e criocoolers de diluição. Antes de os EUA aplicarem embargo técnico e bloqueio ao nosso país, as tecnologias relacionadas já estavam, em grande medida, concluídas. A empresa conseguiu quebrar com sucesso o bloqueio de “pescoço” tecnológico por parte do estrangeiro.

“Por onde passa, põe ovos” rumo à industrialização

Num certo laboratório de computação quântica, o repórter viu uma placa vertical de dizeres, com a frase “Recolher dados atravessando espinhos e escalar, e fazer o núcleo avançar com o vento nas velas”; o letreiro horizontal era “Nunca devolver o manuscrito”. A realidade é que, embora a computação quântica do nosso país já tenha conseguido publicar artigos científicos sobre temas centrais e ultrapassar barreiras técnicas, ainda falta avançar no sentido de industrialização e comercialização.

Zhou Lei afirmou que o caminho de desenvolvimento da tecnologia quântica não segue a rota tradicional de primeiro maturar a tecnologia e depois levá-la ao mercado; trata-se, em vez disso, de uma via de inovação em que a investigação científica se funde profundamente com a indústria — seguindo o conceito de “por onde passa, põe ovos”.

“Por onde passa, põe ovos” é uma expressão utilizada no setor da tecnologia quântica. Significa que, durante a escalada para picos científicos, resultados de tecnologia por fases são convertidos atempadamente em implementação de produtos. Este modelo atravessa os três grandes domínios — comunicação quântica, computação quântica e medição quântica — e está também a tornar-se o caminho central pelo qual a tecnologia quântica, por um período futuro, irá sair do laboratório e chegar ao mercado.

O diretor do Shenzhen International Quantum Research Institute, Yu Dapeng, académico da Academia Chinesa de Ciências, afirmou ao repórter que o desenvolvimento de instrumentos científicos deve conseguir produção em massa e industrialização (para que o valor seja realmente realizado). No passado, muitos projetos de desenvolvimento de instrumentos em diversos países fizeram protótipos, passaram na aceitação e depois ficaram suspensos, fazendo com que a tecnologia acabasse por se perder. Tendo em conta isso, o Shenzhen International Quantum Research Institute, com equipas de I&D compostas por jovens talentos de cada grupo de investigação como equipa fundadora, criou empresas próprias, focando-se em diferentes tecnologias centrais e na realização da industrialização de produtos. Os produtos relacionados já começaram a ser vendidos no mercado. Só no ano passado, o instituto incubou oito empresas tecnológicas deste tipo; entre elas, empresas como Kunpeng Zhuyue já demonstraram forte capacidade de I&D e potencial de industrialização no domínio do hardware de computação quântica. A prática do Shenzhen International Quantum Research Institute é um exemplo típico de “por onde passa, põe ovos”.

Atualmente, embora algumas empresas aleguem ter alcançado rutura na industrialização, a base geral ainda é relativamente fraca. Por exemplo, o público-alvo da maioria das empresas é sobretudo universidades e instituições de investigação, para fins de pesquisa. Nestes cenários, o tamanho do mercado é relativamente pequeno. No futuro, será necessário expandir ainda mais cenários de aplicação em larga escala para uso civil e na indústria, promovendo para valer a transição completa — do laboratório à cadeia industrial.

Vários profissionais entrevistados indicaram que, atualmente, o desenvolvimento tecnológico da computação quântica está muito longe da fase comercial que o mercado imagina. A computação quântica continua a ser um instrumento de investigação; ainda não surgiram novas capacidades de computação que possam ser implementadas e que forneçam serviços práticos diretos às empresas. Além disso, os clientes a jusante também ficam apenas limitados a institutos de investigação e universidades, e a poucas empresas inovadoras, onde são feitos testes e pesquisas tecnológicas. Para além de, em algumas questões matemáticas construídas à medida de computadores quânticos, se ter alcançado superioridade quântica, neste momento a tarefa central da computação quântica continua a ser perseguir o desempenho de computadores clássicos.

“Os objetivos centrais das empresas de computação quântica a curto prazo são sobreviver, acumular tecnologia continuamente, cultivar o mercado e esperar que a tecnologia e o mercado amadureçam, simultaneamente.” Yu Dapeng considera que a indústria quântica é uma pista de longo prazo, e a computação quântica precisa de um período de incubação de 5 a 10 anos. Ele sugere que se mantenha um nível elevado de investimento em I&D, se aperfeiçoe o sistema de formação de talentos, se fortaleça a cooperação na cadeia industrial e se oriente o posicionamento de capital paciente, impulsionando o nosso país a avançar de uma potência em tecnologia quântica para uma potência forte em tecnologia quântica, ajudando a atingir, durante o “15.º Plano Quinquenal”, os objetivos de “liderança global em comunicação quântica, avanços práticos em computação quântica e aplicações em escala de medição quântica”.

(Editor: Zhang Yan)

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