Comando de Operações Especiais tentando se preparar para a ameaça da computação quântica

O Comando de Operações Especiais dos EUA está preocupado com a futura ameaça das tecnologias quânticas dos adversários, e as autoridades estão tentando se antecipar ao problema.

Melhorar a fusão de inteligência por meio da integração de dados em tempo real é um pilar fundamental dos planos da SOCOM para a transformação digital. Esses dados não devem apenas ser coletados, fundidos e transferidos para os usuários finais apropriados; ele também precisa ser protegido – um desafio que crescerá com o desenvolvimento de recursos de computação quântica.

“Como podemos entender a maneira como esses bits e bytes interagem uns com os outros e criar a inteligência de que precisamos, ao mesmo tempo em que protegemos esses dados, você sabe, garantindo que os dados sejam confiáveis?” Thomas Kenney, diretor de dados do Comando de Operações Especiais, disse quinta-feira na conferência SOFIC.

“Aqui está um aspecto realmente interessante disso que estamos analisando hoje porque sabemos que em alguns anos isso se tornará muito importante – de acordo com alguns relatos, estamos a menos de oito anos da criptografia quântica ser capaz de quebrar o criptografia não quântica que temos hoje… Precisamos de uma resposta para isso”, disse ele.

Quando a tecnologia estiver pronta para o horário nobre, as autoridades dizem que pode ser um divisor de águas.

Os dados “podem ser descriptografados muito facilmente por um recurso que possui uma capacidade de descriptografia quântica”, alertou Kenney.

Agora é a hora de pensar nesse problema antes que os adversários já tenham adquirido essa capacidade, acrescentou.

Os desenvolvedores de tecnologia estão se esforçando muito na computação quântica, observou ele, destacando as implicações do processamento quântico.

“Um dos inquilinos realmente interessantes da computação quântica é que você pode calcular vários resultados simultaneamente. E quando você pensa na velocidade da batalha e para onde estamos indo, essa habilidade será absolutamente essencial”, disse Kenney.

“A computação quântica está sendo usada agora. E olhamos para onde estamos indo para a criptografia quântica, precisamos de um fator de 1.000 qubits para poder chegar ao próximo nível”, disse ele.

Um qubit é uma unidade de computação que aproveita o princípio da superposição – a capacidade de sistemas quânticos existirem em dois ou mais estados simultaneamente – para codificar informações, explicou o Serviço de Pesquisa do Congresso em um relatório recente sobre a tecnologia.

Enquanto um computador clássico codifica informações em bits que podem representar estados binários de 0 ou 1, um computador quântico codifica informações em qubits, cada um dos quais pode representar 0, 1 ou uma combinação de ambos ao mesmo tempo. Como resultado, o poder de um computador quântico aumenta exponencialmente com a adição de cada qubit, de acordo com o CRS.

“Ser capaz de ter vários resultados calculados ao mesmo tempo em um campo de batalha que está acontecendo extremamente rápido será uma missão essencial para nós. As tecnologias existem hoje? Talvez não. Mas eles certamente precisam estar lá no futuro, então é algo que estamos analisando”, disse Kenney.

No início deste mês, o presidente Biden assinou duas novas diretrizes políticas destinadas a promover as tecnologias quânticas dos EUA e a capacidade de defender a infraestrutura dos EUA contra a ameaça representada pelos computadores quânticos.

Consultado a: 20\05\2022

https://www.fedscoop.com/special-operations-command-trying-to-prepare-for-quantum-computing-threat/

A computação quântica pode salvar o planeta

A tecnologia emergente da computação quântica  pode revolucionar a luta contra as mudanças climáticas, transformando a economia da descarbonização e se tornando um fator importante na limitação do aquecimento global à temperatura alvo de 1,5°C (veja a barra lateral “O que é computação quântica?”).

Embora a tecnologia esteja nos estágios iniciais de desenvolvimento, especialistas estimam a primeira geração de computação quântica tolerante a falhas1 chegará na segunda metade desta década – os avanços estão se acelerando, os dólares de investimento estão chegando e as start-ups estão se proliferando.2 As principais empresas de tecnologia já desenvolveram pequenas máquinas quânticas de escala intermediária ruidosa (NISQ), embora elas não sejam capazes de realizar o tipo de cálculos que os computadores quânticos totalmente capazes devem realizar.

Atingir a meta de emissões líquidas zero com a qual os países e algumas indústrias se comprometeram não será possível sem grandes avanços na tecnologia climática que não são alcançáveis ​​hoje. Mesmo os supercomputadores mais poderosos disponíveis atualmente não são capazes de resolver alguns desses problemas. A computação quântica pode ser um divisor de águas nessas áreas. Ao todo, achamos que a computação quântica poderia ajudar a desenvolver tecnologias climáticas capazes de reduzir o carbono na ordem de 7 gigatoneladas por ano de impacto adicional de CO 2 até 2035, com o potencial de alinhar o mundo com a meta de 1,5°C.

A computação quântica pode ajudar a reduzir as emissões em algumas das áreas mais desafiadoras ou intensivas em emissões, como agricultura ou captura direta de ar, e pode acelerar melhorias em tecnologias necessárias em grande escala, como painéis solares ou baterias. Este artigo oferece uma visão de alguns dos avanços que a tecnologia pode permitir e tenta quantificar o impacto de alavancar a tecnologia de computador quântico que se espera tornar-se disponível nesta década.

Resolvendo problemas até agora insolúveis

Quantum computing could bring about step changes throughout the economy that would have a huge impact on carbon abatement and carbon removal, including by helping to solve persistent sustainability problems such as curbing methane produced by agriculture, making the production of cement emissions-free, improving electric batteries for vehicles, developing significantly better renewable solar technology, finding a faster way to bring down the cost of hydrogen to make it a viable alternative to fossil fuels, and using green ammonia as a fuel and a fertilizer.

Abordando as cinco áreas designadas no Climate Math Report  como chave para a descarbonização, identificamos casos de uso de computação quântica que podem abrir caminho para uma economia líquida zero. Projetamos que até 2035 os casos de uso listados abaixo poderiam permitir eliminar mais de 7 gigatoneladas de CO 2 equivalente (CO 2 e) da atmosfera por ano, em comparação com a trajetória atual, ou no total mais de 150 gigatoneladas ao longo do próximos 30 anos (Anexo 1).

Baterias

As baterias são um elemento crítico para alcançar a eletrificação com zero carbono. Eles são obrigados a reduzir as emissões de CO 2 do transporte e obter armazenamento de energia em escala de rede para fontes de energia intermitentes, como células solares ou eólica.

Melhorar a densidade de energia das baterias de íons de lítio (Li-ion) permite aplicações em veículos elétricos e armazenamento de energia a um custo acessível. Nos últimos dez anos, no entanto, a inovação estagnou – a densidade de energia da bateria melhorou 50% entre 2011 e 2016, mas apenas 25% entre 2016 e 2020, e espera-se que melhore apenas 17% entre 2020 e 2025.

Pesquisa recente3 mostrou que a computação quântica será capaz de simular a química das baterias de maneiras que não podem ser alcançadas agora. A computação quântica pode permitir avanços, fornecendo uma melhor compreensão da formação do complexo eletrolítico, ajudando a encontrar um material substituto para cátodo/ânodo com as mesmas propriedades e/ou eliminando o separador de bateria.

Como resultado, poderíamos criar baterias com densidade de energia 50% maior para uso em veículos elétricos de mercadorias pesadas, o que poderia antecipar substancialmente seu uso econômico. Os benefícios de carbono para os EVs de passageiros não seriam enormes, pois espera-se que esses veículos atinjam a paridade de custos em muitos países antes que a primeira geração de computadores quânticos esteja online, mas os consumidores ainda podem aproveitar a economia de custos.

Além disso, as baterias de energia de alta densidade podem servir como uma solução de armazenamento em escala de rede. O impacto nas redes do mundo pode ser transformador. Reduzir pela metade o custo do armazenamento em escala de rede pode permitir uma mudança radical no uso da energia solar, que está se tornando economicamente competitiva, mas é desafiada por seu perfil de geração. Nossa modelagem sugere que reduzir pela metade o custo dos painéis solares pode aumentar seu uso em 25% na Europa até 2050, mas reduzir pela metade a energia solar e as baterias pode aumentar o uso solar em 60% (Quadro 2). Geografias sem um preço de carbono tão alto terão impactos ainda maiores.

Cimento

Muitas partes da indústria produzem emissões que são extremamente caras ou logisticamente difíceis de reduzir.

O cimento é um caso a parte. Durante a calcinação no forno para o processo de fabricação do clínquer, um pó usado para fazer cimento, o CO 2 é liberado das matérias-primas. Este processo é responsável por aproximadamente dois terços das emissões de cimento.

Materiais alternativos de ligação ao cimento (ou “clínquer”) podem eliminar essas emissões, mas atualmente não há clínquer alternativo maduro que possa reduzir significativamente as emissões a um custo acessível.

Existem muitas permutações possíveis para tal produto, mas o teste por tentativa e erro é demorado e caro. A computação quântica pode ajudar a simular combinações teóricas de materiais para encontrar uma que supere os desafios atuais – durabilidade, disponibilidade de matérias-primas e eflorescência (no caso de ligantes ativados por álcali). Isso teria um impacto adicional estimado de 1 gigatonelada por ano até 2035.

Turno 3: Descarbonização de energia e combustível

Células solares

As células solares serão uma das principais fontes de geração de eletricidade em uma economia líquida zero. Mas mesmo que estejam ficando mais baratos, ainda estão longe de sua eficiência máxima teórica.

As células solares de hoje dependem de silício cristalino e têm uma eficiência da ordem de 20%. Células solares baseadas em estruturas cristalinas de perovskita, que têm uma eficiência teórica de até 40%, podem ser uma alternativa melhor. Eles apresentam desafios, no entanto, porque não têm estabilidade a longo prazo e podem, em algumas variedades, ser mais tóxicos. Além disso, a tecnologia ainda não foi produzida em massa.

A computação quântica pode ajudar a enfrentar esses desafios, permitindo a simulação precisa de estruturas de perovskita em todas as combinações usando diferentes átomos de base e dopagem, identificando assim maior eficiência, maior durabilidade e soluções não tóxicas. Se o aumento teórico da eficiência puder ser alcançado, o custo nivelado da eletricidade (LCOE) diminuirá em 50%.

Ao simular o impacto de painéis solares quânticos mais baratos e eficientes, vemos um aumento significativo no uso em áreas com preços de carbono mais baixos (China, por exemplo). Isso também vale para países da Europa com alta irradiância (Espanha, Grécia) ou más condições de energia eólica (Hungria). O impacto é ampliado quando combinado com armazenamento de bateria barato, conforme discutido acima.

Essa tecnologia pode reduzir 0,4 gigatoneladas adicionais de emissões de CO 2 até 2035.

Hidrogênio

O hidrogênio é amplamente considerado um substituto viável para os combustíveis fósseis em muitas partes da economia, especialmente na indústria onde a alta temperatura é necessária e a eletrificação não é possível ou suficiente, ou onde o hidrogênio é necessário como matéria-prima, como siderurgia ou etileno. Produção.

Antes dos picos de preço do gás em 2022, o hidrogênio verde era cerca de 60% mais caro que o gás natural. Mas melhorar a eletrólise pode diminuir significativamente o custo do hidrogênio.

Os eletrolisadores de membrana eletrolítica de polímero (PEM) dividem a água e são uma maneira de produzir hidrogênio verde. Eles melhoraram nos últimos tempos, mas ainda enfrentam dois grandes desafios.

Eles não são tão eficientes quanto poderiam ser. Sabemos que “pulsar” a corrente elétrica em vez de executá-la melhora constantemente a eficiência em ambientes de laboratório, mas não entendemos isso o suficiente para fazê-la funcionar em escala.

Os eletrolisadores têm membranas delicadas que permitem que o hidrogênio dividido passe do ânodo para o cátodo (mas mantém o oxigênio dividido fora). Além disso, eles têm catalisadores que aceleram o processo geral. Catalisadores e membranas ainda não interagem bem. Quanto mais eficiente formos o catalisador, mais ele desgastará a membrana. Isso não precisa ser o caso, mas não entendemos as interações bem o suficiente para projetar melhores membranas e catalisadores.

A computação quântica pode ajudar a modelar o estado de energia da eletrólise de pulso para otimizar o uso do catalisador, o que aumentaria a eficiência. A computação quântica também pode modelar a composição química de catalisadores e membranas para garantir as interações mais eficientes. E poderia aumentar a eficiência do processo de eletrólise em até 100% e reduzir o custo do hidrogênio em 35%. Se combinado com células solares mais baratas descobertas pela computação quântica (discutida acima), o custo do hidrogênio poderia ser reduzido em 60% (Quadro 3).

Amônia

A amônia é mais conhecida como fertilizante, mas também pode ser usada como combustível, potencialmente tornando-se uma das melhores soluções de descarbonização para os navios do mundo. Hoje, representa 2% do consumo global total de energia final.

No momento, a amônia é produzida através do processo Haber-Bosch de uso intensivo de energia usando gás natural. Existem várias opções para criar amônia verde, mas elas contam com processos semelhantes. Por exemplo, o hidrogênio verde pode ser usado como matéria-prima ou as emissões de dióxido de carbono causadas pelo processo podem ser capturadas e armazenadas.

No entanto, existem outras abordagens potenciais, como a bioeletrocatálise da nitrogenase, que é como a fixação do nitrogênio funciona naturalmente quando as plantas retiram o gás nitrogênio diretamente do ar e as enzimas nitrogenase catalisam sua conversão em amônia. Este método é atraente porque pode ser feito à temperatura ambiente e a 1 bar de pressão, em comparação com 500°C em alta pressão usando Haber-Bosch, que consome grandes quantidades de energia (na forma de gás natural) (Anexo 4).

A inovação atingiu um estágio em que pode ser possível replicar artificialmente a fixação de nitrogênio, mas somente se pudermos superar desafios como estabilidade enzimática, sensibilidade ao oxigênio e baixas taxas de produção de amônia pela nitrogenase. O conceito funciona no laboratório, mas não em escala.

A computação quântica pode ajudar a simular o processo de aumentar a estabilidade da enzima, protegendo-a do oxigênio e melhorando a taxa de produção de amônia pela nitrogenase. Isso resultaria em uma redução de custo de 67% em relação à amônia verde de hoje produzida por eletrólise, o que tornaria a amônia verde ainda mais barata do que a amônia produzida tradicionalmente. Tal redução de custos poderia não apenas diminuir os impactos de CO 2 da produção de amônia para uso agrícola, mas também poderia antecipar o equilíbrio da amônia no transporte – onde se espera que seja uma importante opção de descarbonização – em dez anos.

O uso da computação quântica para facilitar a amônia verde mais barata como combustível de transporte poderia reduzir um CO 2 adicional em 0,4 gigatoneladas até 2035.

Turno 4: Aumentar a captura de carbono e a atividade de sequestro de carbono

A captura de carbono é necessária para atingir o zero líquido. Ambos os tipos de captura de carbono – fonte pontual e direta – podem ser auxiliados pela computação quântica.

Captura de fonte pontual

A captura de carbono de fonte pontual permite que o CO 2 seja capturado diretamente de fontes industriais, como um alto-forno de cimento ou aço. Mas a grande maioria da captura de CO 2 é muito cara para ser viável por enquanto, principalmente porque é intensa em energia.

Uma solução possível: novos solventes, como solventes sem água e multifásicos, que podem oferecer requisitos de energia mais baixos, mas é difícil prever as propriedades do material potencial em nível molecular.

A computação quântica promete permitir uma modelagem mais precisa da estrutura molecular para projetar solventes novos e eficazes para uma variedade de fontes de CO 2 , o que pode reduzir o custo do processo em 30 a 50 por cento.

Acreditamos que isso tenha um potencial significativo para descarbonizar processos industriais, o que pode levar a uma descarbonização adicional de até 1,5 gigatoneladas por ano, incluindo cimento. Se a abordagem de clínquer de cimento descrita acima for bem-sucedida, isso ainda teria um efeito de 0,5 gigatoneladas por ano, devido às emissões de combustível. Além disso, clínquer alternativo pode não estar disponível em algumas regiões.

Captura de ar direto

A captura direta de ar, que envolve a sucção de CO 2 do ar, é uma forma de abordar as remoções de carbono. Embora o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas diga que essa abordagem é necessária para atingir o zero líquido, é muito caro (variando de US$ 250 a US$ 600 por tonelada por dia hoje) e ainda mais intensivo em energia do que a captura de fonte pontual.

Os adsorventes são mais adequados para a captura direta de ar eficaz e novas abordagens, como estruturas orgânicas metálicas, ou MOFs, têm o potencial de reduzir bastante os requisitos de energia e o custo de capital da infraestrutura. MOFs agem como uma esponja gigante – tão pouco quanto um grama pode ter uma área de superfície maior que um campo de futebol – e pode absorver e liberar CO 2 em mudanças de temperatura muito mais baixas do que a tecnologia convencional.

A computação quântica pode ajudar a avançar na pesquisa sobre novos adsorventes, como MOFs, e resolver desafios4 decorrentes da sensibilidade à oxidação, água e degradação causada pelo CO 2 .

Novos adsorventes que têm uma taxa de adsorção mais alta podem reduzir o custo da tecnologia para US$ 100 por tonelada de CO 2 e capturada. Esse pode ser um limite crítico para a aceitação, uma vez que os líderes climáticos corporativos, como a Microsoft5 anunciaram publicamente uma expectativa de pagar US$ 100 por tonelada a longo prazo pelas remoções de carbono da mais alta qualidade. Isso levaria a uma redução adicional de CO 2  de 0,7 gigatoneladas por ano até 2035.

Turno 5: Reformar alimentos e silvicultura

Vinte por cento das emissões anuais de gases de efeito estufa vêm da agricultura – e o metano emitido pelo gado e laticínios é o principal contribuinte (7,9 gigatoneladas de CO 2 e, com base no potencial de aquecimento global de 20 anos).

A pesquisa estabeleceu que os aditivos alimentares com baixo teor de metano podem efetivamente interromper até 90% das emissões de metano. No entanto, a aplicação desses aditivos para gado ao ar livre é particularmente difícil.

Uma solução alternativa é uma vacina antimetano que produz anticorpos direcionados ao metanogênio. Esse método teve algum sucesso em condições de laboratório, mas no intestino de uma vaca – agitado com sucos gástricos e comida – os anticorpos lutam para se prender aos micróbios certos. A computação quântica pode acelerar a pesquisa para encontrar os anticorpos certos por meio de simulação precisa de moléculas, em vez de um método caro e longo de tentativa e erro. Com a absorção estimada determinada de acordo com dados da Agência de Proteção Ambiental dos EUA, chegamos a uma redução de carbono de até 1 gigatonelada adicional por ano até 2035.

Outro caso de uso proeminente na agricultura é a amônia verde discutida acima como combustível, onde o processo Haber-Bosch de hoje usa grandes quantidades de gás natural. O uso de tal processo alternativo poderia ter um impacto adicional de até 0,25 gigatoneladas por ano até 2035, substituindo os atuais fertilizantes produzidos convencionalmente.

Consultado a: 20\05\2022

https://www.mckinsey.com/business-functions/mckinsey-digital/our-insights/quantum-computing-just-might-save-the-planet

A ameaça quântica: computação quântica e criptografia

A computação quântica continua a habitar o espaço nebuloso entre a aplicação prática e a especulação teórica, mas está se aproximando do uso no mundo real . Um dos casos de uso mais interessantes para computadores quânticos é a criptografia moderna da Internet.

Computação quântica e qubits

O nome da computação quântica vem do fato de que ela se baseia nas propriedades das partículas subatômicas, regidas por leis que parecem estranhas para aqueles de nós enraizados no mundo macro. Em particular, os computadores quânticos usam qubits (bits quânticos) em vez dos dígitos binários (bits) que conhecemos dos sistemas de computador tradicionais.

Qubits são probabilísticos por natureza, enquanto bits são determinísticos. Um pouco acaba se transformando em um comutador físico - embora seja muito pequeno , medido em alguns nanômetros . Os bits são binários: ligado ou desligado, verdadeiro ou falso, 0 ou 1.

Não é assim com qubits.

A base física de um qubit pode ser vários fenômenos, como o spin de um elétron ou a polarização de fótons. Este é um tópico fascinante: o reino das equações lineares que unem imaginação e realidade. A mecânica quântica é considerada uma interpretação de uma realidade subjacente, em vez de uma descrição, e abriga uma intensa complexidade computacional.

O estado de um qubit é descrito como uma superposição linear dos dois estados possíveis. Uma vez observado, o estado é resolvido para verdadeiro ou falso. No entanto, a mesma entrada não resultará necessariamente na mesma saída, e o estado quando não observado só pode ser descrito em termos probabilísticos.

Do ponto de vista da física clássica, o que é ainda mais surpreendente é que os qubits em um computador quântico podem habitar vários estados simultaneamente. Quando um computador amostra um qubit para seu estado, ele resolve em um único ou/ou (conhecido como colapso da função de onda ).

Computação quântica em criptografia

Tudo isso é bastante interessante do ponto de vista científico e filosófico. Por exemplo, a funcionalidade dos computadores quânticos verifica o efeito da observação nas partículas e sugere que, de fato, Deus joga dados com o universo . Mas aqui, estamos preocupados com os aspectos práticos da capacidade crescente da computação quântica em nossas vidas cotidianas. Nos próximos anos, o impacto mais profundo provavelmente será na criptografia.

O caminho mais conhecido da computação quântica para a criptografia é um avanço teórico que ocorreu em 1994: o algoritmo de Shor . Em teoria, esse algoritmo mostrou a capacidade de uma máquina de Turing quântica de resolver com eficiência uma classe de problemas que eram intratáveis ​​usando computadores tradicionais: a fatoração de grandes inteiros.

Se você está familiarizado com algoritmos de criptossistemas assimétricos como Diffie-Hellman e RSA, sabe que eles dependem da dificuldade de resolver fatores para números grandes. Mas o que acontece se a computação quântica resolver isso?

Quebrando inteiros grandes com mecânica quântica

O algoritmo de Shor e um punhado de outros algoritmos aproveitam a mecânica quântica para quebrar as funções unidirecionais no coração da criptografia assimétrica. A computação quântica adiabática também tem sido usada para atacar a fatoração .

Os algoritmos de Shor e outros contam com a capacidade do computador quântico de habitar uma infinidade de estados em virtude de qubits. Eles então amostram esses qubits (o que reduz seu estado) de uma maneira que permite um alto grau de probabilidade na amostragem. Essencialmente, entregamos a questão de "Quais são os fatores para um determinado número" ao misterioso mundo do invisível, onde as propriedades das partículas podem existir em vários estados. Em seguida, consultamos essas propriedades para obter a resposta mais provável. (Sim, isso realmente funciona.)

O maior número já fatorado pelo algoritmo de Shor é 21. A computação quântica adiabática fatorou com sucesso 143.

Esses algoritmos são sofisticados e impressionantes, mas até agora seus números são insignificantes. O padrão atual para RSA é 2048 bits, que são 617 dígitos! No entanto, ao atacar o número 143, os pesquisadores, sem saber, revelaram uma abordagem que permite números maiores, pelo menos em teoria. Um exemplo é 56.153 , que ainda é um número relativamente pequeno comparado ao que seria necessário para comprometer os criptossistemas do mundo real. Também depende de um truque redutivo que não pode ser usado para todos os números.

A ameaça à infraestrutura de segurança da Web

O que sabemos por enquanto é que aspectos fundamentais do ataque quântico em algoritmos assimétricos estão sendo resolvidos. Com que rapidez a tecnologia avançará até o ponto em que pode se aproximar de números significativamente maiores?

Curiosamente, os algoritmos simétricos que usamos todos os dias (como o AES) não são muito vulneráveis ​​aos algoritmos quânticos. O algoritmo de Grover é o que se aplica. É incapaz, mesmo em teoria, de reduzir o tempo necessário para atacar esses algoritmos muito mais do que os algoritmos clássicos, desde que sejam usadas chaves de 256 bits.

A maioria das comunicações seguras simétricas, no entanto, estabelece suas chaves por meio de troca assimétrica. Portanto, a maior parte do tráfego da Web hoje é vulnerável a ataques avançados de computação quântica. Se um invasor puder descobrir a chave estabelecida no início de uma interação, nenhuma quantidade de criptografia simétrica será útil.

Portanto, a ameaça à infraestrutura de segurança da Web é real. Vamos pensar um pouco sobre a dinâmica em jogo. As primeiras coisas a considerar são a economia e o acesso. No momento, apenas organizações inundadas de dinheiro podem se dar ao luxo de mexer com essas coisas. IBM , Google e cientistas de pesquisa na China estão competindo pela liderança na produção de sistemas viáveis, juntamente com uma série de esforços universitários. Nos bastidores, agências governamentais como a Agência de Segurança Nacional dos EUA certamente não estão ociosas. Na verdade, a NSA tem sua própria opinião sobre a questão da criptografia pública e da computação quântica.

Evoluindo a segurança para a computação quântica

É improvável que os atores de pequena escala alcancem recursos de computação quântica suficientes para atacar as chaves assimétricas modernas até muito depois de grandes instituições o terem feito. Isso significa que estamos em um longo período de tempo em que a infraestrutura de segurança pode evoluir de forma responsiva à dinâmica da computação quântica.

Ninguém sabe quando as máquinas quânticas verdadeiramente cripto-ameaçadoras surgirão, mas parece provável que isso aconteça. Dois critérios para lidar com a questão são o número de qubits em um sistema e a longevidade desses qubits.

Qubits estão sujeitos ao que é chamado de decoerência . A entropia está sempre levando embora os delicados conjuntos de elétrons e fótons. O problema é que tanto o número quanto a longevidade dos qubits são difíceis de quantificar. Quantos qubits são necessários para um ataque reproduzível prático em uma chave RSA 2048? Alguns dizem dezenas, alguns dizem milhões. Quanta coerência é necessária? Alguns dizem centenas de nanossegundos, alguns dizem minutos. 

E tudo isso pode ser derrubado por técnicas como o já mencionado uso complicado de algoritmos de pré-processamento. Quem sabe que graduação engenhosa está agora pensando em uma nova abordagem. As pessoas que fatoraram 143 em uma máquina quântica nem perceberam que também haviam quebrado 56.153 até dois anos depois .

Criptografia pós-quântica

Todos os caminhos levam a um mundo pós-quântico, e muitas pessoas já estão trabalhando duro nele. O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA está organizando competições para desenvolver algoritmos resistentes a quântica agora . Alguns desses esforços estão gerando resultados.

Em última análise, podemos dizer que a ameaça quântica à criptografia é real, com base em resultados cada vez mais reais. Mas, por enquanto, é mais do que contrabalançado por forças compensatórias. Eventualmente, podemos ter que dizer adeus a alguns de nossos antigos algoritmos amados, mas novos tomarão seu lugar.

Será uma dança interessante para assistir na próxima década.

Consultado a: 20\05\2022

https://www.infoworld.com/article/3659837/the-quantum-menace-quantum-computing-and-cryptography.html

Casa Branca elevará suporte à computação quântica e intensifica segurança digital

A Casa Branca anunciará na quarta-feira uma série de medidas para apoiar a tecnologia de computação quântica nos Estados Unidos, enquanto estabelece medidas para aumentar a segurança digital para se defender contra a próxima geração de supercomputadores.

O país e outras nações estão em uma corrida para desenvolver a tecnologia de computação quântica, que pode alimentar avanços em inteligência artificial, ciência de materiais e química. Os computadores quânticos, foco principal do esforço, podem operar milhões de vezes mais rápido do que os supercomputadores mais avançados de hoje, realizando bilhões de cálculos ao mesmo tempo.

O presidente norte-americano, Joe Biden, assinará uma ordem executiva destinada a fortalecer o Comitê Consultivo Nacional da Iniciativa Quântica, o órgão consultivo independente de especialistas do governo para ciência e tecnologia da informação quântica.

A ordem coloca o comitê consultivo diretamente sob a autoridade da Casa Branca, ajudando a garantir que o presidente e outros tomadores de decisão importantes do país tenham acesso às informações mais recentes.

A Casa Branca deve nomear os membros dos conselhos nas próximas semanas. Biden também assinará um memorando de segurança nacional descrevendo o plano do governo norte-americano para lidar com os riscos representados pelos computadores quânticos para a segurança digital dos Estados Unidos.

Um funcionário de alto escalão do governo norte-americano disse que a pesquisa mostra que os computadores quânticos em breve atingirão um tamanho e nível de sofisticação suficientes para quebrarem grande parte da criptografia que atualmente protege as comunicações digitais na Internet.

O memorando oferece um roteiro para as agências federais atualizarem seus sistemas de tecnologia da informação para ajudar na defesa contra ataques por computação quântica complexos, estabelecendo metas e marcos. Também estabelece um grupo de trabalho entre os setores público e privado para gerar pesquisas e colaborar em estratégias de defesa contra ataques.

Consultado a: 06\05\2022

https://epocanegocios.globo.com/Tecnologia/noticia/2022/05/epoca-negocios-casa-branca-elevara-suporte-a-computacao-quantica-e-intensifica-seguranca-digital.html

Finlândia: Instalação de fabricação quântica da IQM recebe investimento de €35 milhões do BEI

Investimento será usado para acelerar o desenvolvimento e comercialização dos processadores quânticos da IQM

A computação quântica é considerada um setor de importância estratégica para a União Europeia com potencial de revolucionar muitos setores.

ESPOO, Finland, April 28, 2022--(BUSINESS WIRE)--O Banco Europeu de Investimento (BEI) concedeu 35 milhões de euros à IQM Quantum Computers para acelerar o desenvolvimento e a comercialização de seus processadores quânticos construídos nas primeiras instalações de fabricação dedicadas à computação quântica da Europa em Espoo, Finlândia. O empréstimo faz parte do produto de dívida de risco do Fundo Europeu de Garantia introduzido para fornecer liquidez a pequenas e médias empresas afetadas pela pandemia.

IQM Quantum Computer (Graphic: Business Wire)

Além disso, a IQM beneficiou-se do suporte dos Serviços Consultivos do BEI na preparação do requerimento de financiamento.

Este anúncio veio após o anúncio da IQM em novembro da abertura de sua primeira instalação de fabricação na Finlândia. A parcela inicial dos fundos do BEI será usada para expandir a instalação, acelerar a pesquisa de materiais e desenvolver processadores quânticos.

Ao receber este primeiro financiamento da dívida do BEI, o presidente-executivo da IQM, Dr. Jan Goetz, declarou: "A escassez de chips de hoje expôs o quão dependente o mundo é dos fabricantes de semicondutores asiáticos. Processadores quânticos nos dão a oportunidade de aprender com isso e nos tornar autoconfiantes no presente, e provedores globais de chips quânticos no futuro. Este empréstimo do BEI nos apoia na construção de um desenvolvimento quântico mais equilibrado e resiliente na Europa. Já estamos trabalhando na tecnologia quântica mais avançada da Europa e esse empréstimo também nos ajudará a criar o ecossistema quântico europeu de próxima geração."

O presidente do BEI, Werner Hoyer, disse: "A computação quântica ainda está em um estágio inicial. No entanto, tem o potencial de revolucionar muitos setores, desde o desenvolvimento de medicamentos e vacinas até a segurança cibernética. Dada a escala do impacto potencial, a concorrência global na computação quântica é feroz. Garantir que empresas como a IQM sejam bem financiadas é fundamental para posicionar a Europa como líder tecnológica em todo o mundo."

O vice-presidente do BEI, Thomas Östros, acrescentou: "Como consideramos a computação quântica um setor de importância estratégica, estamos felizes em apoiar a empresa finlandesa IQM. Com nosso financiamento, não apenas sustentamos e criamos empregos dentro de uma indústria altamente inovadora, mas também nos posicionamos como fomentadores de know-how tecnológico. A Europa tem uma forte tradição de pesquisa quântica, e o financiamento da IQM garante que os resultados desta pesquisa serão colocados em prática em inovações do mundo real."

Este anúncio de financiamento segue outras notícias sobre o software open-source de design de processador da IQM KQCircuits, o projeto Q-Exa para aceleração quântica para centros HPC e a abertura da instalação de fabricação quântica. Com esse financiamento, a IQM terá controle total sobre o desenvolvimento de processadores quânticos e fortalecerá sua liderança europeia.

Informações básicas

O Banco Europeu de Investimento (BEI) é a instituição de crédito de longo prazo da União Europeia de propriedade de seus Estados-Membros. Ele disponibiliza financiamentos de longo prazo para investimentos sólidos, a fim de contribuir para as metas políticas da UE.

A IQM é a líder paneuropeia na construção de computadores quânticos. A IQM fornece computadores quânticos para centros de dados de supercomputação e laboratórios de pesquisa e oferece acesso total ao seu hardware. Para clientes industriais, a IQM oferece uma vantagem quântica através de uma abordagem exclusiva de codesign específica por aplicação.

A IQM está construindo o primeiro computador quântico comercial de 54 qubits da Finlândia com VTT, e um consórcio liderado pela IQM (Q-Exa) está construindo um computador quântico na Alemanha. O computador será integrado a um supercomputador HPC para criar um acelerador para futuras pesquisas científicas. A IQM tem mais de 160 funcionários com escritórios em Paris, Bilbao, Munique e Espoo.

O texto no idioma original deste anúncio é a versão oficial autorizada. As traduções são fornecidas apenas como uma facilidade e devem se referir ao texto no idioma original, que é a única versão do texto que tem efeito legal.

Consultado a: 29\04\2022

https://br.financas.yahoo.com/noticias/finl%C3%A2ndia-instala%C3%A7%C3%A3o-fabrica%C3%A7%C3%A3o-qu%C3%A2ntica-da-185600015.html?guccounter=1&guce_referrer=aHR0cHM6Ly93d3cuZ29vZ2xlLmNvbS8&guce_referrer_sig=AQAAACtrZvqz4uQeBrc6zovotbebMhsm1BYlNzYwtmwLOOR2MzhhzmU34OcTxSft2glROUyZ0OXg-GjGQIeU-9womEa3E2mL_6p50L-cqym0CgL15853h14B9KD9LUfwQ7TPACi4wkOOldP4576q3MSCwdfp53_CNwLXiaOOJh2WeC0u

Banco do Canadá recorre à computação quântica para simular adoção de criptomoedas

Modelo da startup Multiverse Computing pode simular 1 octilhão de cenários possíveis em 30 minutos prevendo adoção de criptomoedas.

Ocupando teoricamente mundos econômicos distintos sob a ótica dos governos e dos sistemas financeiros tradicionais, a convivência entre as criptomoedas e as moedas fiduciárias ainda despertam dúvidas e incertezas quando o assunto é a adoção dos criptoativos. Em busca de “prever este futuro”, o Banco do Canadá recorreu à computação quântica para simular o comportamento da economia em caso da utilização de criptomoedas e moedas fiduciárias em um mesmo sistema. 

A pesquisa foi desenvolvida pela empresa Multiverse Computing,  já que o modelo utilizado pela startup é capaz de simular 1 octilhão (10 seguido por 30 zeros) de cenários possíveis em meia hora. 

Estamos orgulhosos de ser um parceiro confiável do primeiro banco central do G7 a explorar a modelagem de redes complexas e criptomoedas por meio do uso da computação quântica. Os resultados da simulação são muito intrigantes e perspicazes, pois as partes interessadas consideram mais pesquisas no domínio. Graças ao algoritmo que desenvolvemos em conjunto com nossos parceiros do Banco do Canadá, conseguimos modelar um sistema complexo de maneira confiável e precisa, considerando o estado atual dos recursos de computação quântica, disse o CTO da Multiverse Computing, Samuel Mugel.

O executivo revelou que a startup usou um computador quântico de recozimento da D-Wave e que a combinação conseguiu liderar redes financeiras de 8 a 10 players com 2^90 (1 octilhão) de  configurações de rede possíveis. Ele disse ainda que as abordagens clássicas de computação não conseguem solucionar grandes redes na prática, pois uma rede com 15 players, por exemplo, requer segundo ele, “tantos recursos quantos são os átomos no universo.”

A empresa já concluiu a primeira fase de testes, no caso a prova de conceito, que combina dados blockchain da stablecoin Tether (USDT) e dados públicos de dez grandes instituições financeiras, além de consultas a especialistas de dois grandes bancos canadenses. A escolha do USDT também está relacionada à multiplicidade de cenários de mercado que a stablecoin atravessou desde a sua criação, em 2014. 

Segundo o Banco do Canadá, a maioria dos cenários revelou uma relativa rapidez de adoção por parte das instituições financeira em razão de um conhecimento inicial sobre a conversão entre as moedas fiduciárias e as criptomoedas, além do custo de conversão. As simulações também avaliaram o potencial dos bancos de reduzirem as taxas de transferência eletrônica para competirem com as baixas transações do uso das criptomoedas. 

Queríamos testar o poder da computação quântica em um caso de pesquisa difícil de resolver usando técnicas de computação clássicas. Essa colaboração nos ajudou a aprender mais sobre como a computação quântica pode fornecer novos insights sobre problemas econômicos, realizando simulações complexas em hardware quântico, disse a diretora de ciência de dados do Banco do Canadá, Maryam Haghighi.

O estudo sugeriu ainda que, em relação a algumas indústrias, os criptoativos seriam capazes de compartilhar o mercado de pagamentos com transferências bancárias tradicionais e instrumentos semelhantes a dinheiro.

A computação quântica faz parte de um rol de tecnologias disruptivas que também são integradas pela blockchain com impulsionadoras do mercado nos próximos anos segundo o ‘Tech Trends 2022’, um estudo anual da Deloitte apresentando insights e percepções para tomadas de decisões nos negócios, conforme noticiou o Cointelegraph Brasil.

Consultado a: 23\04\2022

https://cointelegraph.com.br/news/bank-of-canada-turns-to-quantum-computing-to-simulate-cryptocurrency-adoption

Startup de computação quântica Alice&Bob levanta US$ 30 milhões

PARIS, 10 de março de 2022 — A startup francesa de computação quântica Alice&Bob anuncia hoje um grande avanço em direção ao primeiro computador quântico comercializável. Em um grande avanço científico, Alice&Bob eliminou uma das principais barreiras e reduziu significativamente a complexidade de entregar um computador quântico funcional – um objetivo que agora pode estar ao alcance.

As notícias do avanço chegam quando Alice&Bob conclui sua rodada de arrecadação de fundos da Série A, que garantiu 27 milhões de euros (US$ 30 milhões) para alimentar o próximo estágio na comercialização do potencial da tecnologia e realizar o objetivo de produção em larga escala de um computador quântico. Elaia (já investidora), Bpifrance, por meio de seu fundo Digital Venture, e Supernova Invest lideraram a rodada. O investidor existente Breega também participou.

Qubits são os blocos de construção fundamentais da computação quântica da mesma forma que os bits são a base da computação clássica. Um dos maiores desafios na construção de um computador quântico tolerante a falhas são os erros que afetam os qubits, que podem ser de dois tipos: bit-flips e phase-flips. Alice&Bob demonstrou a capacidade de criar qubits que podem resistir a bit-flips – aumentou a resistência a erros de bit-flip de registros anteriores de alguns milissegundos a dois minutos. Esses registros anteriores foram mantidos pelo Google e Amazon.

Gigantes globais da tecnologia – incluindo Google, Amazon e IBM – academias e laboratórios internacionais em todo o mundo estão correndo para construir um computador quântico tolerante a falhas. Os pesquisadores estão buscando uma das cinco abordagens de hardware: átomo neutro, spin, fótons, íons presos e qubits supercondutores. Muitas dessas abordagens dependem de uma abordagem quantitativa para reduzir erros de inversão de bits e inversão de fase, o que exigiria dezenas de milhares de qubits físicos para produzir um computador quântico. O maior grupo de qubits físicos que os pesquisadores conseguiram produzir até agora é 127.

A abordagem qualitativa de Alice&Bob usa qubits de gato supercondutores que a evidência experimental da equipe prova eliminar erros de inversão de bits por design. Com essa descoberta, Alice&Bob criou um atalho para entregar um computador quântico universal escalável, reduzindo o número de qubits necessários em centenas de vezes.

“Nossa colaboração com a equipe de Zaki Leghtas nos permitiu demonstrar que um cat qubit resiste a bit-flips por vários minutos, quase 100.000 vezes o estado da arte anterior. Este resultado confirma nossa escolha de qubits cat supercondutores como o bloco de construção do nosso computador quântico. Ele também consolida nosso roteiro, o próximo passo é remover o erro de inversão de fase”, diz o Dr. Raphaël Lescanne, fundador do Alice&Bob e um dos autores do trabalho de pesquisa.

Esse progresso destaca a execução estelar de Alice&Bob até agora, menos de 24 meses após seu início. A empresa apoiada por VC, apoiada por um conselho científico de classe mundial e composta por uma equipe de 40 pessoas, com mais da metade delas com doutorado, vem avançando silenciosamente em seu roteiro. Ele continua a desenvolver sua tecnologia patenteada para manter sua liderança na corrida em direção à computação quântica.

Com a conclusão da rodada de financiamento, a empresa agora está se concentrando em aplicar esse avanço ao seu roteiro para um computador quântico tolerante a falhas. Ela planeja contratar 30 funcionários adicionais nos próximos dois anos, a maioria com habilidades avançadas de física, bem como desenvolvedores e engenheiros que apoiam a comercialização de sua tecnologia.

Sofia Dahoune, Diretora de Investimentos da Elaia, disse: “Como investidores em tecnologia profunda, estamos convencidos de que alguns dos maiores desafios da sociedade podem ser enfrentados usando tecnologias inovadoras criadas em laboratórios de pesquisa. Como tal, consideramos a computação quântica como uma das tecnologias mais promissoras que mudam o mundo e que podem promover um progresso extraordinário em uma ampla gama de aplicações”.

Sobre Alice&Bob

Alice & Bob ( www.alice-bob.com ) é uma startup parisiense apoiada por VC cuja missão é construir um computador quântico tolerante a falhas em larga escala. A tecnologia exclusiva da Alice&Bob baseada em qubits cat supercondutores fornece um atalho enxuto e eficiente para a correção de erros quânticos. A equipe de 40 pessoas entregará seu primeiro produto comercial em 2023.

Consultado a: 25\03\2022

https://www.hpcwire.com/off-the-wire/quantum-computing-startup-alicebob-raises-30m/

Fujitsu atinge marco técnico com simulador quântico de 36 Qubits

TÓQUIO, 30 de março de 2022 — A Fujitsu anunciou que desenvolveu com sucesso o simulador de computador quântico mais rápido do mundo capaz de lidar com circuitos quânticos de 36 qubits em um sistema de cluster com o “FUJITSU Supercomputer PRIMEHPC FX 700” (“PRIMEHPC FX 700”) da Fujitsu ( 1 ) , que está equipado com o mesmo CPU A64FX ( 2 )  que alimenta o supercomputador mais rápido do mundo, o Fugaku.

O simulador quântico recém-desenvolvido pode executar o software de simulador quântico “Qulacs” ( 3 )  em paralelo em alta velocidade, alcançando aproximadamente o dobro do desempenho de outros simuladores quânticos significativos ( 4 )  em operações quânticas de 36 qubits. O novo simulador quântico da Fujitsu servirá como uma ponte importante para o desenvolvimento de aplicações de computação quântica que deverão ser colocadas em prática nos próximos anos.

Com base nesse avanço, a partir de 1º de abril de 2022, a Fujitsu e a Fujifilm Corporation ( 5 )  (doravante Fujifilm) iniciarão pesquisas conjuntas sobre aplicativos de computação quântica no campo da ciência dos materiais.

No futuro, a Fujitsu acelerará seus esforços para desenvolver computadores quânticos com o objetivo de desenvolver um simulador de 40 qubits até setembro de 2022 e realizar pesquisas e desenvolvimentos conjuntos de aplicativos quânticos com clientes em áreas como finanças e descoberta de medicamentos.

Vivek Mahajan, Diretor Executivo Corporativo, CTO, Fujitsu Limited, comenta: “Estamos agora à beira de uma nova era em tecnologia de computação. A Fujitsu desenvolveu com sucesso o simulador quântico mais rápido do mundo, aplicando sua experiência líder mundial em tecnologias de computação cultivadas ao longo de muitas décadas - mais recentemente, usamos esse conhecimento para trabalhar com a RIKEN para projetar o supercomputador Fugaku, que permaneceu o mais rápido do mundo para o últimos dois anos. No futuro, pretendemos aproveitar este novo simulador quântico para nossos clientes para acelerar o desenvolvimento de aplicativos quânticos e, finalmente, contribuir para um mundo sustentável, resolvendo uma série de problemas enfrentados pela sociedade.”

Novo simulador quântico de 36 qubits oferece a velocidade de processamento mais rápida do mundo

A Fujitsu desenvolveu um simulador quântico paralelo e distribuído para um sistema de cluster composto por 64 nós no PRIMEHPC FX 700 da Fujitsu.

O PRIMEHPC FX 700 está equipado com a mesma CPU A64FX que alimenta o supercomputador Fugaku e pode realizar um desempenho máximo teórico de 3.072 teraflops (TFLOPS) em cálculos de formato de ponto flutuante de precisão dupla. Possui ainda 32 GB de memória com alta largura de banda de 1.024 gigabytes (GB) por segundo e velocidades de 12,5 GB por segundo conectando nós via InfiniBand ( 6 ) .

O novo simulador quântico utiliza o “Qulacs”, um dos softwares de simulador quântico mais rápido do mundo desenvolvido pela Universidade de Osaka ( 7 )  e QunaSys Corporation ( 8 ) , e o desempenho da largura de banda da memória foi maximizado executando vários cálculos simultaneamente usando SVE (Scalable Vector Extension ) ( 9 )  quando portado para o A64FX.

MPI (Message Passing Interface) ( 10 )  permite a execução paralela e distribuída de Qulacs e realiza uma transferência de dados que maximiza a largura de banda da rede por sobreposição de cálculo e comunicação. A Fujitsu desenvolveu ainda um novo método para reorganizar eficientemente os estados de qubit implantados na memória distribuída no cluster de acordo com o progresso do circuito quântico e seu cálculo que ajuda a reduzir os custos de comunicação. O novo sistema também é compatível com outros softwares de simulador quântico além do “Qulacs”.

O Qiskit ( 11 ) , uma das principais ferramentas de desenvolvimento de software de computador quântico, está disponível para o simulador quântico da Fujitsu e oferece aos desenvolvedores de software quântico um ambiente de desenvolvimento altamente conveniente. Colaborando com a QunaSys ( 12 ) , a Fujitsu planeja fornecer o software de cálculo químico quântico da empresa Qamuy ( 13 )  no novo simulador quântico para fornecer os recursos para executar uma ampla variedade de cálculos químicos quânticos de alta velocidade.

Esboço do Projeto de Pesquisa Conjunta com a Fujifilm

Além disso, a Fujitsu e a Fujifilm iniciarão pesquisas conjuntas sobre aplicações quânticas no campo da química computacional para realizar métodos inovadores de design de materiais. A pesquisa conjunta irá alavancar o recém-desenvolvido simulador quântico da Fujitsu para estudar e avaliar algoritmos específicos para computação quântica em cálculos de reações químicas moleculares.

Período:  1º de abril de 2022 a 31 de março de 2023

Objetivo:  Utilização da tecnologia de computação quântica em química computacional

Conteúdo da pesquisa:  Exame e avaliação de algoritmos específicos de computação quântica em reações químicas de moléculas, etc.

Funções e responsabilidades:

Fujitsu:

・Fornecimento de simulador quântico, análise de resultados de cálculo e análise de métodos de melhoria

Fujifilm:

・Implementação de cálculos de química quântica, análise de resultados de cálculo e análise de métodos de melhoria

Planos futuros

No futuro, a Fujitsu trabalhará para melhorar suas tecnologias, incluindo sua tecnologia de fusão de portas quânticas, que é capaz de realizar cálculos para várias portas quânticas simultaneamente para realizar simuladores quânticos em maior escala e em velocidades mais altas. A Fujitsu pretende ainda desenvolver um simulador de 40 qubits para aplicação nas áreas de finanças e descoberta de medicamentos até setembro de 2022. A Fujitsu aplicará o seu conhecimento acumulado de aplicações quânticas desenvolvidas em simuladores quânticos no desenvolvimento de computadores quânticos, com o objetivo de alcançar soluções precoces a questões sociais usando a tecnologia quântica.

Comentário do Prof. Keisuke Fujii, Divisão de Eletrônica Avançada e Ciências Ópticas, Escola de Pós-Graduação em Ciências da Engenharia, Universidade de Osaka:

Simuladores de alta velocidade usando supercomputadores são de importância cada vez maior no desenvolvimento do software quântico e aplicativos quânticos dos quais depende o desempenho dos computadores quânticos. Qulacs, um software de código aberto usado por desenvolvedores em todo o mundo, e a tecnologia no coração do supercomputador “Fugaku”, foram combinados para realizar o simulador quântico mais rápido do mundo, que estamos confiantes de que acelerará muito o desenvolvimento futuro de software quântico.

Comentário de Yukihiro Okuno, Pesquisador Sênior, Centro de Tecnologia de Análise, Fujifilm:

Os computadores quânticos têm o potencial de realizar cálculos altamente precisos no campo da química computacional, que não podem ser realizados por computadores clássicos. A Fujifilm conduzirá esta pesquisa conjunta como um estudo de viabilidade para utilizar computadores quânticos em ciências dos materiais.

Sobre a Fujitsu A

Fujitsu é a empresa japonesa líder em tecnologia da informação e comunicação (TIC) que oferece uma gama completa de produtos, soluções e serviços de tecnologia. Aproximadamente 126.000 funcionários da Fujitsu dão suporte a clientes em mais de 100 países. Usamos nossa experiência e o poder das TIC para moldar o futuro da sociedade com nossos clientes. A Fujitsu Limited (TSE:6702) reportou receitas consolidadas de 3,6 trilhões de ienes (US$ 34 bilhões) para o ano fiscal encerrado em 31 de março de 2021. Para obter mais informações, consulte  www.fujitsu.com .

Consultado a: 25\03\2022

https://www.hpcwire.com/off-the-wire/fujitsu-achieves-technical-milestone-with-36-qubit-quantum-simulator/

Enfrentando os hackers quânticos de amanhã hoje

Quando se trata de capacidade de computação, a regra geral é que quanto mais, melhor. Os computadores quânticos prometem alimentar essa fome. Seu imenso poder de processamento vem de sua capacidade de armazenar e lidar com volumes de dados significativamente maiores do que os computadores clássicos baseados em bits. O resultado – um futuro computador quântico poderia, em teoria, levar minutos para resolver problemas que os computadores clássicos levam dezenas de milhares de anos.

As possibilidades de tal poder de computação são enormes. Filtrar bibliotecas de combinações moleculares para acelerar as descobertas de medicamentos, reforçar o planejamento logístico, aumentar a química computacional, ajustar a precisão da previsão do tempo e fortalecer a modelagem financeira são algumas das aplicações à espera.

A computação quântica pode criar um “valor de US$ 450 bilhões a US$ 850 bilhões nos próximos 15 a 30 anos”, de acordo com estimativas de um relatório de 2021 do Boston Consulting Group. Governos e empresas privadas em todo o mundo reconhecem esse potencial e estão trabalhando para desenvolver suas próprias estratégias quânticas e iniciativas de pesquisa.

Preparando-se para o poder do quantum

No entanto, à medida que a tecnologia quântica continua avançando, uma nuvem escura espreita no horizonte. Os hackers poderiam um dia usar esse poder de processamento para quebrar os sistemas de criptografia de chave pública, que formam a base para as interações seguras de hoje na Internet, bem como outros sistemas, como infraestrutura de chave pública, sistemas de assinatura de código, e-mail seguro e chaves -sistemas de gestão. Especialistas alertam que essa é uma grande ameaça à segurança digital moderna que precisa ser enfrentada agora. “Isso quebrará completamente esses sistemas de criptografia”, diz Dustin Moody, matemático do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), com sede nos EUA.

Embora um computador quântico em grande escala ainda não tenha se tornado realidade, o perigo é iminente. Duncan Jones, chefe de segurança cibernética de uma empresa de computação quântica com sede em Cambridge e Colorado, a Quantinuum, diz estar preocupado com um problema específico. “Se eu enviar alguns dados criptografados hoje e alguém registrar isso, eles podem invadir isso mais tarde”, diz Duncan. “Eles não precisam de um computador quântico hoje para invadi-lo. Eles podem sentar pacientemente nesses dados e podem descriptografar no futuro.”

A criptografia pós-quântica está surgindo como uma solução eficiente e eficaz para se defender contra esses ataques quânticos. Esta solução é um conjunto de novos algoritmos criptográficos, em particular algoritmos de chave pública, que podem ser implementados usando os computadores clássicos atuais.

Há uma urgência crescente para empresas de todos os tamanhos e em todos os setores, bem como instituições públicas e outras organizações, para tornar seus sistemas cripto-ágeis e adotar esses algoritmos resistentes ao quantum em suas estruturas de segurança. Empresas e organizações não podem esperar e ver como o cenário da computação quântica evolui. “O custo vai explodir se for adotado depois que os computadores quânticos forem estabelecidos”, diz Jung Hee Cheon, professor de matemática da Universidade Nacional de Seul, na Coréia do Sul. Dadas as altas apostas, uma postura proativa, em vez de reativa, em relação a essas ameaças é crucial.

Consultado a: 18\03\2022

https://www.technologyreview.com/2022/03/28/1048325/facing-tomorrows-quantum-hackers-today/

HSBC trabalhando com a IBM para acelerar a preparação da computação quântica

ARMONK, NY ,  29 de março de 2022  — O HSBC e a IBM anunciaram hoje que trabalharão juntos na exploração de aplicativos para computação quântica em serviços financeiros.

A nova colaboração de três anos foi projetada para reforçar a experiência do HSBC em computação quântica e garantir sua prontidão organizacional para aproveitar ao máximo a tecnologia.

Como parte do acordo, o banco se juntará ao programa IBM Quantum Accelerator, dando-lhe acesso ao plano premium de sistemas de computação quântica da IBM, incluindo seu recentemente anunciado processador de 127 qubits,  Eagle , bem como a experiência quântica da IBM, para ajudar a validar e casos de uso quânticos potenciais de progresso.

O HSBC explorará o uso da computação quântica para otimização de preços e portfólio, para avançar em suas metas líquidas zero e mitigar riscos, incluindo identificar e lidar com atividades fraudulentas. O banco capacitará colegas em tecnologia quântica por meio de programas de treinamento interno, além de recrutar ativamente cientistas de pesquisa em computação quântica, para construir uma capacidade dedicada dentro de sua equipe de inovação.

Colin Bell , CEO do HSBC Bank plc e do HSBC Europe, disse: “Ao investir em computação quântica, estamos inovando para o futuro, para facilitar os serviços bancários para nossos clientes. Essa tecnologia tem o potencial de transformar a forma como administramos as áreas do banco, abordando desafios que os computadores clássicos talvez nunca consigam resolver sozinhos. Nosso trabalho com a IBM, fornecedora líder de computação quântica, é essencial para aproveitar essa tecnologia potencialmente revolucionária para serviços financeiros.”

“Instituições financeiras e organizações em todo o mundo estão esperando ansiosamente por aplicações reais de computação quântica e explorar aplicações industriais para computação quântica deve ser um princípio fundamental de qualquer estratégia empresarial hoje”, disse o Dr. Darío Gil, vice-presidente sênior e diretor da IBM. Pesquisa. “Estamos empolgados em fazer parceria com o HSBC para explorar aplicações da tecnologia quântica em suas operações de negócios e ajudar a transformar suas aspirações em realidade”.

Um relatório recente do Institute for Business Value da IBM,  The Quantum Decade , descreve como o poder exponencial da computação quântica pode remodelar drasticamente a maneira como as instituições financeiras e outras organizações enfrentam seus desafios mais prementes em um mundo pós-pandemia com uma abordagem orientada a descobertas que pode estimular novos modelos de negócios hiperautomatizados e profundamente integrados.

Mais de 175 clientes, incluindo empresas da Fortune 500, start-ups, instituições acadêmicas e laboratórios de pesquisa, trabalham com a tecnologia IBM Quantum para avançar a computação quântica e explorar aplicações práticas. A equipe e os clientes da IBM Quantum estão pesquisando e explorando como a computação quântica ajudará uma variedade de indústrias e disciplinas, incluindo finanças, energia, química, ciência de materiais, otimização e aprendizado de máquina, entre muitas outras.

Para obter soluções e insights da IBM sobre a aplicação da computação quântica para serviços financeiros e outros setores, visite  https://www.ibm.com/quantum .

Sobre o HSBC Holdings plc

A HSBC Holdings plc, empresa controladora do Grupo HSBC, está sediada em  Londres . O HSBC atende clientes em todo o mundo a partir de escritórios em 64 países e territórios em nossas regiões geográficas:  Europa ,  Ásia ,  América do Norte ,  América Latina ,  Oriente Médio  e  Norte da África . Com ativos de  US$ 2.958 bilhões  em  31 de dezembro de 2021 , o HSBC é uma das maiores organizações de serviços bancários e financeiros do mundo.

Sobre a IBM

O IBM Quantum é uma iniciativa pioneira no setor para construir sistemas quânticos universais para aplicativos de negócios e científicos. Para obter mais informações sobre os esforços de computação quântica da IBM, visite  www.ibm.com/quantum-computing .

Para saber mais sobre os insights e soluções da IBM para a indústria global de serviços financeiros, visite  www.ibm.com/financial-services .

Consultado a: 18\03\2022

https://www.hpcwire.com/off-the-wire/hsbc-working-with-ibm-to-accelerate-quantum-computing-readiness/

Computação quântica: tudo que você precisa saber sobre a nova aposta da Meta

A Meta, dona do Facebook, anunciou, na segunda-feira, (24),  que sua equipe de pesquisa montou um novo supercomputador de inteligência artificial que poderá ser  “o mais rápido do mundo quando concluído ainda neste ano”. A Meta disse que seu novo AI Research SuperCluster (RSC) a ajudará a montar melhores modelos de IA e  podem aprender com trilhões de exemplos, trabalhar em centenas de idiomas e analisar texto, imagens e vídeo para determinar se o conteúdo for prejudicial. “Esta pesquisa não apenas ajudará a manter as pessoas seguras em nossos serviços hoje, mas também no futuro, à medida que construímos o metaverso”, disse a Meta, em comunicado.

“As experiências que estamos construindo para o metaverso exigem enorme poder computacional (quintilhões de operações por segundo) e o RSC vai permitir  esse ritmo”, disse o presidente-executivo da Meta, Mark Zuckerberg. No ano passado, a IBM apresentou o Eagle, um processador quântico que duplica a potência de outros super computadores que foram desenvolvidos anteriormente na China. De acordo com um artigo publicado pela revista Science, pelos próprios criadores, o Eagle leva três minutos para resolver problemas que os computadores mais eficientes levariam 600 milhões de anos.

Apesar da ordem de grandeza, a computação quântica nem sempre é fácil de ser compreendida e, em muitos casos, dimensionar seu impacto na vida cotidiana pode ser um desafio. Alexandre Nascimento, professor da Singularity University Brasil e pesquisador de Stanford, indicou dez impactos práticos que a computação quântica trará para a vida de pessoas e empresas que vão além dos objetivos de Meta, IBM e outras empresas:

Dez impactos da computação quântica:

1 – Rapidez

“A computação quântica irá turbinar a velocidade de resolução de problemas computacionais de otimização que hoje não podem ser resolvidos em tempo razoável considerando a longevidade humana. Por exemplo, em 2020, o computador quântico chinês conhecido como Jiuzhang conseguiu realizar em minutos uma operação que um supercomputador levaria mais de 2 bilhões de anos para executar”

2 – Clima

“Aplicações da computação quântica na previsão do tempo e no monitoramento de desastres naturais permitirão uma precisão muito superior, trazendo mais conforto e principalmente salvando vidas, além de permitir uma resposta antecipada da Defesa Civil para reduzir os prejuízos materiais que tempestades causam para a população”

3 – Trânsito

“Essa tecnologia pode ser utilizada para realizar otimizações que permitem a redução de congestionamentos em grandes centros urbanos”

4 – Delivery

“Com a otimização logística, ela permitirá uma redução no tempo de entrega de produtos e uma queda considerável no frete”

5 – Aplicativos

“Testar um sistema para garantir que ele não tenha problema é uma tarefa árdua e cara, e, pelo número de combinações existentes para sistemas de complexidade, torna-se impossível garantir que todas as condições foram testadas. Com a computação quântica, é possível melhorar a verificação dos sistemas de forma a reduzir a probabilidade de defeitos”

6 – Saúde

“A tecnologia quântica se tornará uma ferramenta importante para o desenvolvimento de novos medicamentos, ajudando a encontrar quais são os princípios ativos com maior probabilidade de se obter os efeitos desejados, e, reduzindo o tempo de desenvolvimento dos novos medicamentos”

7 – Clima

“A capacidade de processamento para modelos complexos da computação quântica em tempo reduzido nos permitirá entender melhor quais são as melhores formas de desacelerarmos a mudança climática ou ainda atuarmos para reverter muitos de seus efeitos”

8 – Investimentos

“Os computadores quânticos trarão modelos mais assertivos para previsão de eventos adversos na economia e no mercado financeiro, bem como permitirá uma melhor otimização do portfólio de investimentos, deixando os investidores menos expostos a eventos inesperados”

9 – Baterias

“A computação quântica já está ajudando empresas do setor automotivo na criação de baterias melhores, com isso, no futuro, novas gerações de baterias com características operacionais superiores estarão à disposição”

10 – Energia

“A tecnologia permite que métodos de otimização sejam utilizados tanto para encontrar a melhor combinação de geração de energia em matrizes híbridas (convencional e renovável) como para encontrar a combinação perfeita para construir infraestrutura de geração de energia solar e eólica”

Consultado a: 25\02\2022

https://forbes.com.br/forbes-tech/2022/01/o-supercomputador-da-meta-e-tudo-que-voce-precisa-saber-sobre-computacao-quantica/

Duke University e IonQ desenvolvem novo portão de computação quântica

DURHAM, NC & COLLEGE PARK, Md., 10 de fevereiro de 2022 — Hoje, o Duke Quantum Center (DQC) da Duke University e o IonQ anunciaram a invenção de uma nova operação de computação quântica com potencial para acelerar várias técnicas importantes de computação quântica e contribuir para dimensionar algoritmos quânticos. O novo portão quântico é uma nova maneira de operar em muitos qubits conectados ao mesmo tempo e aproveita o barramento de comunicação multi-qubit disponível apenas em computadores quânticos IonQ e DQC.

A nova família de portas inclui a porta N-qubit Toffoli, que inverte um qubit selecionado se e somente se todos os outros qubits estiverem em um estado específico. Ao contrário das portas padrão de computação quântica de dois qubits, a porta N-qubit Toffoli atua em muitos qubits ao mesmo tempo, levando a operações mais eficientes. O portão aparece naturalmente em muitos algoritmos quânticos comuns.

A descoberta de IonQ e Duke pode levar a ganhos de eficiência significativos na resolução de algoritmos quânticos fundamentais, como o algoritmo de busca de Grover, autosolvers quânticos variacionais (VQEs) e operações aritméticas como adição e multiplicação. Esses casos de uso são onipresentes em aplicativos de computação quântica e são essenciais para o trabalho da IonQ em química quântica, finanças quânticas e aprendizado de máquina quântico. Eles também são componentes-chave de benchmarks da indústria comumente aceitos para computadores quânticos, que já  mostraram que os computadores da IonQ são líderes do setor .

“Esta descoberta é um exemplo de como continuamos a desenvolver a arquitetura técnica líder que estabelecemos. Isso se soma aos recursos exclusivos e poderosos que estamos desenvolvendo para aplicativos de computação quântica”, disse Peter Chapman, CEO da IonQ.

Esta pesquisa, conduzida em Duke pelo Dr. Or Katz, Prof. Marko Cetina, e o co-fundador e cientista-chefe da IonQ, Prof. Christopher Monroe, será integrada ao sistema operacional de computação quântica da IonQ para uso do público em geral. Monroe observa que “nenhuma outra arquitetura de computação quântica disponível – nem mesmo outros computadores quânticos baseados em íons – são capazes de utilizar essa nova família de portas N-qubit. Isso ocorre porque os computadores quânticos da IonQ apresentam exclusivamente conectividade total e um amplo barramento de comunicação que permite que todos os qubits conversem entre si simultaneamente.”

Esta descoberta segue uma série de anúncios sobre os esforços de pesquisa da IonQ e os preparativos para escala. Em dezembro, a IonQ anunciou que  planeja usar íons de bário como qubits  em seus sistemas, trazendo uma onda de vantagens que acredita que permitirão arquiteturas avançadas de computação quântica. No ano passado, a equipe também estreou a primeira  arquitetura quântica multicore reconfigurável da indústria e a tecnologia de armadilha de vidro evaporada , ambas as quais devem contribuir para dimensionar o número de qubits nos computadores quânticos da IonQ.

A IonQ, Inc. é líder em computação quântica, com um histórico comprovado de inovação e implantação. O computador quântico de próxima geração da IonQ é o computador quântico de íons presos mais poderoso do mundo, e a IonQ definiu o que acredita ser o melhor caminho para a escala.

A IonQ é a única empresa com seus sistemas quânticos disponíveis por meio da nuvem no Amazon Braket, Microsoft Azure e Google Cloud, além de acesso direto à API. A IonQ foi fundada em 2015 por Christopher Monroe e Jungsang Kim com base em 25 anos de pesquisa pioneira.

Consultado a: 11\02\2022

https://www.hpcwire.com/off-the-wire/duke-university-and-ionq-develop-new-quantum-computing-gate/

Hyundai une-se à empresa de computação quântica para melhorar eficiência de baterias

A Hyundai fechou parceria com a IonQ, empresa de computação quântica, para aperfeiçoar sua tecnologia de baterias para carros elétricos. Em anúncio divulgado na quarta-feira (19), as duas empresas se comprometem a pesquisar componentes para melhorar as baterias de lítio e seus ciclos de carga/descarga, além de durabilidade, capacidade e segurança.

“A eficiência da bateria é uma das áreas emergentes mais promissoras onde a computação quântica pode fazer a diferença”, justificou o presidente e CEO da IonQ, Peter Chapman, no anúncio.

Simulando estrutura e energia do óxido de lítio, a Hyundai promete construir, a partir da parceria, “o maior modelo de química de baterias num computador quântico”. O pressuposto do acordo é uma pesquisa que visa explorar “novos algoritmos quânticos variacionais para estudar os compostos de lítio e as reações químicas envolvidas nas baterias”. Desta forma, Hyundai e IonQ podem simular as reações químicas no interior das baterias protótipo sem a necessidade de construir modelos físicos.

Um algoritmo quântico variacional é executado metade em um computador clássico e metade em um quântico. De acordo com informações da IBM, enquanto o computador clássico “varia parâmetros experimentais que controlam a preparação de um estado quântico, o computador quântico prepara esse estado e calcula suas propriedades”.

Por enquanto, IonQ e Hyundai trabalham com a execução de um modelo químico para simular 14 elétrons de óxido de dilítio em uma bateria protótipo.

Além das baterias, Chapman também afirma que a computação quântica poderá trazer benefícios para Hyundai em outros campos da tecnologia automotiva, como células de combustível e durabilidade de material. “Aplicativos de machine learning quântico podem ser utilizados para melhorar o tempo de treinamento de veículos autônomos e resolver problemas simples de manutenção preditiva, armazenamento e muito mais”, disse o executivo. “Problemas de otimização mais complexos, como logística multicanal e roteamento, estão nas listas de pesquisa e desenvolvimento das montadoras.”

A parceria com a IonQ integra uma estratégia da Hyundai que visa, até 2025, aumentar as vendas de veículos elétricos, além de melhorar a gestão das mudanças climáticas. O plano tem quatro áreas de foco: veículos elétricos, mobilidade aérea urbana, tecnologia de condução autônoma e células de combustível de hidrogênio. O plano também inclui a venda de um portfólio 100% elétrico até 2040 e o desenvolvimento de um ecossistema de células de hidrogênio.

Consultado a: 11\02\2022

https://olhardigital.com.br/2022/01/20/carros-e-tecnologia/hyundai-se-une-a-empresa-de-computacao-quantica-para-melhorar-eficiencia-de-baterias/

Para computação quântica, 99% de precisão é suficiente?

Equipes de pesquisadores da Delft University of Technology na Holanda, Riken no Japão e da University of New South Wales (UNSW) em Sydney desenvolveram diferentes dispositivos quânticos em silício com fidelidade operacional superior a 99%. Seu trabalho foi publicado separadamente na Nature em 20 de janeiro . As duas primeiras equipes usam os spins de dois elétrons para alcançar seus resultados, enquanto os pesquisadores da Austrália usam os spins de dois núcleos e um elétron.

Andrea Morello , professor da Escola de Engenharia Elétrica e Telecomunicações da UNSW, explica que seu grupo conseguiu uma operação de spin nuclear de 1 bit quântico (qubit) com até 99,95% de fidelidade e uma operação de 2 qubit em um sistema de 3 qubit com até precisão de 99,37.

John Martinis , professor de física da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, e ex-arquiteto-chefe do processador quântico Sycamore do Google , comentando o avanço, observa que uma fidelidade de 99% “representa o limite para a correção de erros, que tem sido um objetivo de longo prazo. É claro que a fidelidade precisa ser melhorada, mas esta pesquisa é um passo importante para mostrar que os qubits podem ser controlados com precisão.”

“Quando as taxas de erro são tão baixas, a detecção e a correção de erros podem ser aplicadas com sucesso”, diz Morello.

“Isso é como uma porta que leva a um computador quântico escalável.”

—Andrea Morello, Universidade de Nova Gales do Sul

Ele acrescenta que a vantagem de usar spins de núcleos é que eles têm uma fidelidade extremamente alta. “ Demonstramos em 2015 que poderíamos obter 99,99% de precisão de operação de bits quânticos usando núcleos girando em silício porque os núcleos não interagem com o resto do mundo”. Além disso, esse isolamento permitiu que os núcleos preservassem suas informações quânticas por notáveis 35 segundos — “uma eternidade quando comparados aos cerca de cem microssegundos obtidos pelos computadores quânticos supercondutores do Google e da IBM”, diz Morello.

No entanto, a ironia dessa abordagem era que o isolamento absoluto também significava que os núcleos estavam isolados uns dos outros e, portanto, eram incapazes de realizar operações além de um qubit. Mas agora, conforme descrito em seu último artigo na Nature, os pesquisadores superaram esse obstáculo implantando dois átomos de fósforo ionizados em um substrato de silício e inserindo um elétron entre eles. Os átomos são cada um menos um elétron para torná-los carregados positivamente e, portanto, capazes de serem acelerados.

“O elétron se enrola em torno dos dois núcleos e, em seguida, giramos 360 graus usando ressonância magnética – uma técnica comum – para transmitir um sinal de menos ao estado dos núcleos sobre os quais a rotação do elétron está condicionada”, diz Morello. Em termos práticos, essa rotação de elétrons faz com que o spin do segundo núcleo gire se o primeiro núcleo estiver apontando para baixo. Mas se o primeiro núcleo estiver apontando para cima, o segundo núcleo não se moverá. (Veja o vídeo abaixo para mais detalhes.)

Isso constitui uma operação lógica de 2 qubits que, juntamente com a adição da operação lógica de 1 qubit, “nos dá o que é chamado de conjunto de portas universais ”, diz Morello. “Isso significa que qualquer função computável agora pode ser criada usando uma sequência dessas operações.”

Para medir a fidelidade dos qubits, os pesquisadores usaram uma técnica desenvolvida no Sandia National Laboratories, em Albuquerque, chamada de tomografia por conjunto de portas (GST). GST faz uma variedade de medições e então sintetiza os resultados para produzir uma imagem de alta resolução das portas lógicas, que, no caso dos qubits UNSW, provou a precisão operacional de suas taxas de erro.

Além de produzir operações nucleares universais com mais de 99% de fidelidade, Morello diz que a rotação do elétron também pode ser usada para criar um estado emaranhado de todos os três qubits. Isso é importante porque o elétron pode então ser emaranhado com outros elétrons, que podem emaranhar seus próprios núcleos, algo que pode ser repetido várias vezes. “Então, isso é como uma porta que leva a um computador quântico escalável”, diz Morello.

“Para construir um sistema quântico complexo, você precisa aumentar o número de qubits e mostrar que pode ativar e desativar as várias interações qubit-qubit e ainda manter a precisão dos portões quânticos”, diz Martinis . “Construir um sistema tão complexo é o próximo passo.”

Morello reconhece os desafios que temos pela frente. Ele aponta que para construir um qubit lógico completamente protegido contra erros que possa codificar um bit quântico de informação exigirá alguns milhares de bits quânticos adicionais conectados de tal forma que sempre que ocorrer um erro (por exemplo, a rotação acidental de um dos as rodadas), o erro pode ser detectado e corrigido. No entanto, ele acrescenta que tal tarefa pode não ser tão assustadora quanto parece à primeira vista. Ele esteve envolvido em pesquisas realizadas na Universidade de Melbourne , na Austrália, que aperfeiçoou uma técnica usando um estêncil ou máscara móvel e um microscópio de força atômica para embutir átomos individuais em um substrato de silício um de cada vez com alta precisão que pode ser usado para criar um microprocessador qubit. O trabalho foi publicado em outubro passado emMateriais Avançados .

“Essa técnica nos permitirá fazer grandes arranjos de átomos em posições regulares, semelhantes aos transistores em semicondutores convencionais”, diz Morello. Em outras palavras, embora ele concorde que há muito mais trabalho a fazer, ele acredita que todas as peças do quebra-cabeça necessárias para criar um computador quântico universal confiável e escalável já estão no lugar.

Consultado a: 29\01\2022

https://spectrum.ieee.org/qubits-99-percent-accuracy

Materiais minúsculos levam a um grande avanço na computação quântica

Como os transístores em um computador clássico, os qubits supercondutores são os blocos de construção de um computador quântico . Embora os engenheiros tenham conseguido encolher os transístores para escalas nanométricas, os qubits supercondutores ainda são medidos em milímetros. Esta é uma razão pela qual um dispositivo prático de computação quântica não pode ser miniaturizado para o tamanho de um smartphone, por exemplo.

Os pesquisadores do MIT agora usaram materiais ultrafinos para construir qubits supercondutores que são pelo menos um centésimo do tamanho dos projetos convencionais e sofrem menos interferência entre qubits vizinhos. Esse avanço pode melhorar o desempenho dos computadores quânticos e possibilitar o desenvolvimento de dispositivos quânticos menores.

Os pesquisadores demonstraram que o nitreto de boro hexagonal, um material que consiste em apenas algumas monocamadas de átomos, pode ser empilhado para formar o isolante nos capacitores em um qubit supercondutor. Esse material livre de defeitos permite capacitores muito menores do que os normalmente usados ​​em um qubit, o que reduz sua pegada sem sacrificar significativamente o desempenho.

Além disso, os pesquisadores mostram que a estrutura desses capacitores menores deve reduzir bastante a diafonia, que ocorre quando um qubit afeta involuntariamente os qubits circundantes.

“No momento, podemos ter talvez 50 ou 100 qubits em um dispositivo, mas para uso prático no futuro, precisaremos de milhares ou milhões de qubits em um dispositivo. Portanto, será muito importante miniaturizar o tamanho de cada qubit individual e, ao mesmo tempo, evitar o cross-talk indesejado entre essas centenas de milhares de qubits. Este é um dos poucos materiais que encontramos que podem ser usados ​​nesse tipo de construção”, diz o coautor Joel Wang, pesquisador do grupo de Sistemas Quânticos de Engenharia do Laboratório de Pesquisa em Eletrônica do MIT.

A coautora principal de Wang é Megan Yamoah '20, uma ex-aluna do grupo de Engenharia de Sistemas Quânticos que atualmente estuda na Universidade de Oxford com uma bolsa Rhodes. Pablo Jarillo-Herrero, professor de física Cecil e Ida Green, é autor correspondente, e o autor sênior é William D. Oliver, professor de engenharia elétrica e ciência da computação e de física, membro do MIT Lincoln Laboratory Fellow, diretor do Center for Quantum Engineering e diretor associado do Laboratório de Pesquisa em Eletrônica. A pesquisa foi publicada hoje na Nature Materials.

Qubit dilemas

Os qubits supercondutores, um tipo particular de plataforma de computação quântica que usa circuitos supercondutores, contêm indutores e capacitores. Assim como em um rádio ou outro dispositivo eletrônico, esses capacitores armazenam a energia do campo elétrico. Um capacitor geralmente é construído como um sanduíche, com placas de metal em ambos os lados de um material isolante ou dielétrico.

Mas, ao contrário de um rádio, os computadores quânticos supercondutores operam em temperaturas superfrias – menos de 0,02 graus acima do zero absoluto (-273,15 graus Celsius) – e possuem campos elétricos de alta frequência, semelhantes aos telefones celulares de hoje. A maioria dos materiais isolantes que funcionam neste regime apresentam defeitos. Embora não seja prejudicial para a maioria das aplicações clássicas, quando a informação quântica coerente passa pela camada dielétrica, ela pode se perder ou ser absorvida de alguma maneira aleatória.

“Os dielétricos mais comuns usados ​​em circuitos integrados, como óxidos de silício ou nitretos de silício, apresentam muitos defeitos, resultando em fatores de qualidade em torno de 500 a 1.000. Isso é simplesmente muito prejudicial para aplicativos de computação quântica”, diz Oliver.

Para contornar isso, os capacitores qubit convencionais são mais como sanduíches de face aberta, sem placa superior e um vácuo acima da placa inferior para atuar como camada isolante.

“O preço que se paga é que as placas são muito maiores porque você dilui o campo elétrico e usa uma camada muito maior para o vácuo”, diz Wang. “O tamanho de cada qubit individual será muito maior do que se você pudesse conter tudo em um pequeno dispositivo. E o outro problema é que, quando você tem dois qubits próximos um do outro, e cada qubit tem seu próprio campo elétrico aberto para o espaço livre, pode haver alguma conversa indesejada entre eles, o que pode dificultar o controle de apenas um qubit. Adoraríamos voltar à ideia original de um capacitor, que são apenas duas placas elétricas com um isolador muito limpo entre elas.”

Então, foi isso que esses pesquisadores fizeram.

Eles pensaram que o nitreto de boro hexagonal, que é de uma família conhecida como materiais de van der Waals (também chamados de materiais 2D), seria um bom candidato para construir um capacitor. Este material único pode ser reduzido a uma camada de átomos com estrutura cristalina e sem defeitos. Os pesquisadores podem então empilhar essas camadas finas nas configurações desejadas.

Para testar o nitreto de boro hexagonal, eles realizaram experimentos para caracterizar quão limpo é o material ao interagir com um campo elétrico de alta frequência em temperaturas ultrafrias e descobriram que muito pouca energia é perdida quando passa pelo material.

“Grande parte do trabalho anterior que caracteriza o hBN (nitreto de boro hexagonal) foi realizado na frequência zero ou próxima dela usando medições de transporte DC. No entanto, os qubits operam no regime de gigahertz. É ótimo ver que os capacitores hBN têm fatores de qualidade superiores a 100.000 nessas frequências, entre os Qs mais altos que já vi para capacitores de placas paralelas integrados e definidos litograficamente”, diz Oliver.

Construção do capacitor

Eles usaram nitreto de boro hexagonal para construir um capacitor de placas paralelas para um qubit. Para fabricar o capacitor, eles colocaram nitreto de boro hexagonal entre camadas muito finas de outro material de van der Waals, disseleneto de nióbio.

O intrincado processo de fabricação envolveu a preparação de camadas de um átomo de espessura dos materiais sob um microscópio e, em seguida, o uso de um polímero pegajoso para pegar cada camada e empilhá-la em cima da outra. Eles colocaram o polímero pegajoso, com a pilha de materiais 2D, no circuito qubit, depois derreteram o polímero e o lavaram.

Em seguida, eles conectaram o capacitor à estrutura existente e resfriaram o qubit a 20 milikelvins (-273,13 C).  

“Um dos maiores desafios do processo de fabricação é trabalhar com disseleneto de nióbio, que oxida em segundos se exposto ao ar. Para evitar isso, toda a montagem dessa estrutura tem que ser feita no que chamamos de porta-luvas, que é uma grande caixa cheia de argônio, que é um gás inerte que contém um nível muito baixo de oxigênio. Temos que fazer tudo dentro desta caixa”, diz Wang.

O qubit resultante é cerca de 100 vezes menor do que o que eles fizeram com técnicas tradicionais no mesmo chip. O tempo de coerência, ou vida útil, do qubit é apenas alguns microssegundos mais curto com seu novo design. E os capacitores construídos com nitreto de boro hexagonal contêm mais de 90% do campo elétrico entre as placas superior e inferior, o que sugere que eles suprimirão significativamente a conversa cruzada entre os qubits vizinhos, diz Wang. Este trabalho é complementar à pesquisa recente de uma equipe da Universidade de Columbia e da Raytheon .

No futuro, os pesquisadores querem usar esse método para construir muitos qubits em um chip para verificar se sua técnica reduz o cross-talk. Eles também querem melhorar o desempenho do qubit ajustando o processo de fabricação ou até mesmo construindo o qubit inteiro com materiais 2D.

“Agora abrimos um caminho para mostrar que você pode usar com segurança a quantidade de nitreto de boro hexagonal que desejar sem se preocupar muito com defeitos. Isso abre muitas oportunidades onde você pode fazer todos os tipos de heteroestruturas diferentes e combiná-las com um circuito de micro-ondas, e há muito mais espaço que você pode explorar. De certa forma, estamos dando luz verde às pessoas – você pode usar esse material da maneira que quiser sem se preocupar muito com a perda associada ao dielétrico”, diz Wang.

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pelo Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA, a Fundação Nacional de Ciência e o Secretário Adjunto de Defesa para Pesquisa e Engenharia via MIT Lincoln Laboratory.

Consultado a: 28\01\2022

https://news.mit.edu/2022/tiny-materials-quibits-quantum-computing-0128