Brasil precisa acelerar para se beneficiar de onda de inovação quântica

Em 2025, o mundo celebra o Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica, uma iniciativa da Organização das Nações Unidas para destacar esse campo do conhecimento que promete revolucionar muitos aspectos da nossa vida num futuro próximo. A data também homenageia o surgimento da mecânica quântica, há mais de cem anos.

A ciência e tecnologia quânticas exploram o comportamento das partículas subatômicas, que são os menores constituintes da matéria. Essas partículas incluem os elétrons, prótons e nêutrons que formam os átomos e as moléculas. O estudo dessas partículas em escala tão pequena revela um mundo em que as regras conhecidas da física clássica não se aplicam mais.

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Na mecânica quântica, probabilisticamente, os elétrons podem existir em diferentes lugares ao mesmo tempo (um fenômeno chamado superposição) e podem se correlacionar de forma misteriosa a outras partículas mesmo a grandes distâncias (o emaranhamento quântico).

Esses princípios fundamentais da ciência quântica são explorados para desenvolver novas tecnologias. Um exemplo é o computador quântico, que usa qubits (unidades quânticas de informação) em vez dos bits normais para processar informações de maneira extremamente rápida. Outra aplicação é a criptografia quântica, que usa propriedades quânticas para criar sistemas de segurança praticamente invioláveis.

Nos seus primórdios, a mecânica quântica parecia desconcertante até mesmo para os seus criadores. Max Planck, renomado físico alemão do século XIX, desafiou a compreensão científica ao propor, em 1900, que a energia emitida por corpos aquecidos não ocorria de maneira contínua, mas sim em unidades discretas chamadas "quanta". O conceito marca o início da mecânica quântica.

Mais de um século depois, muitas aplicações dessa tecnologia quântica 1.0 estão presentes nas nossas vidas em lasers, transistores e equipamentos médicos, como máquinas de ressonância magnética. O grande passo agora é a emergência das tecnologias quânticas 2.0, que prometem transformar ainda mais nossa forma de interagir com o mundo.

Aplicações transformadoras

As tecnologias quânticas 2.0 exploram a manipulação e leitura de estados quânticos, aproveitando-se de fenômenos como a superposição, o emaranhamento e a coerência quântica.

A segunda onda de inovação quântica promete revolucionar diversos setores. Seu potencial é realmente vasto e promete transformar indústrias como química, logística, serviços financeiros, saúde e manufatura.

Exemplos dessas tecnologias são os computadores quânticos, comunicações quânticas e sensores quânticos avançados. Os computadores quânticos têm potencial para fazer simulações avançadas e otimizar o design de produtos químicos, descobrir novos medicamentos, desenvolver novos materiais e avaliar riscos financeiros, por exemplo. Eles poderão ser essenciais para resolver problemas complexos de logística, gestão de portfólio e planejamento de processos, além de revolucionar a inteligência artificial e o aprendizado de máquina com aplicações nos mais diversos campos.

Os sensores quânticos podem transformar a detecção e medição em diversas áreas, oferecendo precisão sem precedentes em imageamento médico, navegação, exploração de recursos naturais e monitoramento ambiental.

Apesar das possibilidades dessas novas tecnologias, é importante reconhecer que seu desenvolvimento ainda está em estágio inicial. Os investimentos ainda envolvem um grau considerável de risco e existem muitos desafios a serem superados.

A jornada para transformar o potencial teórico em aplicações práticas e confiáveis exigirá tempo, pesquisa e recursos substanciais. Entre as questões a serem equacionadas, estão aspectos como o controle, a estabilidade e a escalabilidade dos sistemas quânticos. A formação de profissionais qualificados, tais como físicos, engenheiros e cientistas da computação é mais um tema a ser discutido.

Investimentos no futuro

O financiamento público global das pesquisas na área quântica têm crescido significativamente, o que é um reflexo da aposta mundial na próxima grande revolução quântica. Os recursos ultrapassam cerca de US$ 40 bilhões e devem chegar a US$ 106 bilhões até 2040, de acordo com o Quantum Economy Blueprint publicado pelo Fórum Econômico Mundial em janeiro de 2024.

O Canadá, por exemplo, é uma das nações líderes mundiais em pesquisa quântica. Na última década, investiu mais de US$ 1 bilhão. A China investe praticamente metade de todo o gasto global nas tecnologias quânticas, com foco em sensoriamento, computação e comunicação quântica, sendo que nesta última já se posiciona como líder global.

No Reino Unido, a National Quantum Strategy prevê o investimento de 2,5 bilhões de libras ao longo de dez anos. Um panorama dos investimentos em 2023 pode ser consultado na plataforma qureca.

Os investimentos brasileiros são mais modestos, mas a tendência é de um aumento impulsionado pela crescente conscientização sobre o papel estratégico da área e suas aplicações inovadoras.

Em outubro do ano passado, a Embrapii (Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial) anunciou a criação de mais um Centro de Competência em Tecnologias Quânticas, com ênfase em comunicação quântica e investimento inicial de R$ 60 milhões (o equivalente a US$ 12 milhões) anunciado na iniciativa Future of Industry.

O Centro de Competência em Tecnologias Quânticas se soma a outros sete Centros de Competência Embrapii já anunciados e um, na área de Segurança Cibernética, em etapa de chamamento para o edital. Até o momento, os anúncios somam R$ 463 milhões.

As iniciativas brasileiras em ciência e tecnologia quântica começaram há três décadas. Em 1996, o Programa de Apoio aos Núcleos de Excelência (Pronex), do governo federal, deu início à pesquisa no setor com a instalação dos laboratórios de óptica quântica na Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

A partir de 2001, com a criação do Instituto do Milênio de Informação Quântica, um programa do Ministério da Ciência e Tecnologia e Inovação (MCTI) financiado pelo Banco Mundial, houve uma expansão nas linhas de pesquisa, abrangendo áreas como a ressonância magnética nuclear aplicada à computação quântica. O Instituto do Milênio formou um corpo de profissionais que, por sua vez, educou muitos dos cientistas em atividade nos dias atuais.

Em 2009, começou a era dos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia de Informação Quântica (INCT-IQ), inicialmente financiados pelo MCTI/FAPESP e atualmente sob os cuidados da FAPERJ.

O INCT-IQ consolidou o Brasil como um dos grandes formadores de recursos humanos, reunindo pesquisadores das áreas de óptica quântica, física atômica, física do estado sólido, teoria da informação quântica e ciência da computação. São mais de 20 grupos de pesquisa com mais de cem pesquisadores associados.

Embora tenha formado excelentes pesquisadores, o Brasil não investiu adequadamente em infraestrutura. A carência de laboratórios, salas limpas e equipamentos para trabalhar na escala nanométrica desacelerou o desenvolvimento de soluções locais. Isso teve impacto no desenvolvimento de maquinário e tecnologias quânticas 2.0, levando à dependência de tecnologias estrangeiras, com custos elevados para acessar computadores quânticos de empresas privadas. Mais uma consequência foi a ida de muitos talentos para centros de pesquisa internacionais.

Nossos esforços para reduzir a defasagem em relação aos países que investem mais continuam. Este ano, a Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) lançou o programa QuTIa (Quantum Technologies InitiAtive), que visa promover um ecossistema para fomentar a pesquisa científica em diversas áreas relacionadas às tecnologias quânticas 2.0. Sou um dos coordenadores dessa ação que destinará cerca de 150 milhões de reais para impulsionar o progresso de tecnologias quânticas, incluindo sensores, comunicações e computação quântica.

O programa QuTIa objetiva também estimular o desenvolvimento de startups e parcerias com a indústria, criando um ambiente propício para inovação e crescimento econômico. Posicionar-se nessa frente é fundamental. Caso contrário, estaremos mais uma vez perdendo uma grande oportunidade.

*Felipe Fanchini, Físico, professor e um dos coordenadores do Programa FAPESP QuTIa em Tecnologias Quânticas, Universidade Estadual Paulista (Unesp).

Este artigo foi republicado do The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original aqui.