Tecnologia quântica supera obstáculos técnicos críticos: os três principais setores entram na fase de validação industrial

Jornalista de Securities Times Yu Shengliang Ye Lingzhen

Um erro de 30 mil milhões de anos que não excede 1 segundo: a tecnologia quântica volta a renovar a precisão da medição do tempo da humanidade. Em março deste ano, uma equipa de investigação da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) alcançou uma rutura de ordem 10^[-19] na conceção de relógios atómicos ópticos, levando os padrões globais de tempo para a era da ótica. Esta nova precisão de medição abre portas para uma série de aplicações de ponta.

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

Como uma das seis grandes indústrias futuras no âmbito do “Plano Quinquenal” (Plano para 15), a tecnologia quântica é um apoio importante para a China conquistar a voz dominante nos núcleos da tecnologia e da indústria do futuro. Atualmente, a China tem feito avanços nas três principais linhas: computação quântica, comunicação quântica e medição quântica de alta precisão. Instituições de investigação como a USTC e o Shenzhen International Quantum Research Institute destacam-se, e empresas líderes como Guodun Quantum, Guoyi Quantum e Benyuan Quantum emergem igualmente. O quadro em que clusters de I&D impulsionam o desenvolvimento industrial já começa a tomar forma.

No entanto, para a tecnologia quântica passar das ruturações originais em laboratório até aplicações em escala na cadeia industrial, ainda há muitos fossos a atravessar. Com a mobilização conjunta de vários intervenientes, esta batalha de superação de dificuldades está a caminhar para uma rutura.

Apostar nas três principais pistas nucleares

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

No domínio dos computadores tradicionais, o bit é a unidade mínima de informação, composta por dois estados, 0 e 1; já no mundo quântico, o qubit pode estar simultaneamente em estados de superposição de 0 e 1, tal como uma moeda em rotação que tem simultaneamente propriedades de frente e verso; entre múltiplos qubits forma-se emaranhamento, que pode ser usado para cálculos cooperativos eficientes; o número total de estados de n qubits pode atingir 2 elevado a n, o que pode ser usado para aumentar a dimensão do poder de computação.

Nas três principais pistas nucleares — computação quântica, comunicação quântica e medição quântica de alta precisão —, instituições de investigação e empresas chinesas demonstram uma força dura que se situa ao nível dos melhores padrões internacionais.

A computação quântica é unanimemente reconhecida como a área mais difícil da tecnologia quântica. O seu objetivo é inventar computadores quânticos, capazes de executar tarefas de computação que os computadores clássicos não conseguem realizar — e é também a direção prioritária de investigação e combate de cientistas de vários países e de gigantes tecnológicos como Microsoft e Google.

Originada no Laboratório Estatal de Informação Quântica da Academia Chinesa de Ciências, a Benyuan Quantum desenvolveu com sucesso o computador quântico supercondutor “Benyuan Wukong”, equipado com um chip quântico supercondutor autónomo de 72 qubits. Segundo se informa, o “Benyuan Wukong” otimiza de forma cooperativa, a nível de software e hardware, através do sistema operativo do computador quântico “Benyuan Sinan” e do sistema de medição e controlo do computador quântico “Benyuan Tianji”. Atualmente, já opera de forma estável há mais de dois anos, tendo concluído, de forma acumulada, mais de 800.000 tarefas de computação quântica em 163 países e regiões do mundo.

No domínio das comunicações, a distribuição de chaves quânticas tem a caraterística de que a escuta é detetada, fazendo com que a comunicação entre numa era de segurança absoluta. Conhecida pela comunicação segura quântica, a Guodun Quantum, apoiada nomeadamente por um posicionamento de patentes global líder no setor da comunicação quântica, desenvolveu de forma autónoma equipamentos nucleares de quinta geração para comunicação segura quântica, ajudando a construir a primeira “linha Jinghu” de comunicação segura quântica de nível quilométrico (mil quilómetros) do mundo, uma rede troncal nacional de comunicação segura quântica de grande área e “uma rede de comunicação segura quântica de grande área integrada por céu e terra”, entre outros grandes projetos. Estes esforços fornecem um suporte técnico fundamental para levar a comunicação quântica de laboratórios para aplicações demonstrativas e para implantações em escala.

A Guoyi Quantum centra-se especialmente na área de medição quântica de alta precisão, desenvolvendo de forma autónoma instrumentos científicos avançados. Responsáveis da empresa explicaram ao Securities Times que, por exemplo, o componente principal — o recetor detetor quântico de diamante — tem um diâmetro na ponta de apenas 500 nanómetros, cerca de 1/100 do diâmetro de um fio de cabelo. A ponta extremamente diminuta integra sensores ao nível de átomos com uma escala de apenas cerca de 0,5 nanómetros. Tal como um termómetro consegue detetar a temperatura corporal humana, para fazer uma “auscultação” de células e moléculas individuais são necessários instrumentos de medição ainda mais microscópicos e sensíveis; é aqui que os instrumentos quânticos entram em jogo. Em 2018, a Guoyi Quantum lançou o primeiro equipamento de ressonância paramagnética eletrónica comercial no país, em banda X, quebrando de uma assentada o monopólio técnico de marcas estrangeiras e permitindo à China obter um avanço importante na industrialização da tecnologia de medição quântica de alta precisão.

Atualmente, o panorama de desenvolvimento da China em três áreas detalhadas da tecnologia quântica é diferente: no campo da comunicação segura quântica, a China está na liderança a nível global; na investigação sobre computadores quânticos, a China avança a par com os EUA, fazendo parte do primeiro grupo a nível mundial; na medição quântica de alta precisão, a China lidera de forma parcial em pistas segmentadas, mas ainda existe uma diferença em relação aos países desenvolvidos em áreas como instrumentos científicos avançados.

Superar gargalos técnicos

A indústria de instrumentos científicos avançados na China começou relativamente tarde. Na cadeia industrial, há uma clara lacuna na nacionalização de componentes de alta precisão e tecnologia avançada. Além disso, os conjuntos integrais de medição quântica de gama média e alta foram durante muito tempo monopolizados por gigantes internacionais, chegando mesmo a enfrentar restrições de exportação e bloqueios técnicos por parte de países ocidentais. Para além disso, a escassez extrema de talentos quânticos interdisciplinares — com bases teóricas profundas e experiência em industrialização — tornou-se um obstáculo importante ao desenvolvimento da indústria.

A dura realidade obrigou as empresas chinesas a trilhar o seu próprio caminho. Responsáveis relacionados com a Guoyi Quantum indicaram que, para responder aos desafios externos, a empresa venceu de forma autónoma e dominou tecnologias “hardcore” de base como “geração e controlo de campos magnéticos de elevada uniformidade e estabilidade”, “tecnologia de micro-ondas de controlo de spin” e “conceção e fabrico de sensores quânticos”, impulsionando a transição dos instrumentos de componentes nucleares para sistemas integrais sob controlo e capacidade autónoma. Ao mesmo tempo, a empresa definiu um planeamento de desenvolvimento claro: a montante, aprofundar a cooperação da cadeia de fornecimento local, promover a investigação e desenvolvimento (I&D) e fabrico autónomos de componentes-chave, e melhorar de forma abrangente a autonomia e a resiliência da cadeia de fornecimento; a jusante, apoiar-se na “Quantum Sci & Instrument Valley” para promover a construção de uma rede global de aplicações, acelerando a implementação industrial de tecnologias quânticas em domínios como fabrico industrial, saúde e energia.

O vice-presidente executivo da Guodun Quantum, Zhou Lei, afirmou que, quando as tecnologias de laboratório avançam para a industrialização, a chave está em alcançar autonomia e controlo dos dispositivos nucleares, bem como impulsionar que os produtos se tornem estáveis e fiáveis, conseguindo a sua engenharia para aplicações em escala. Durante o desenvolvimento da empresa, enfrentaram-se uma série de desafios, como limitação do fornecimento de componentes eletrónicos nucleares, elevada dificuldade de integração de produtos finais e complexidade do planeamento de redes. Tomando como exemplo os recetores detetores de fotão único, nos primeiros anos, os produtos internacionais tinham preços elevados e baixas taxas de bons exemplares, o que restringia seriamente o desenvolvimento da indústria de comunicação quântica na China. Perante a situação passiva em que um componente-chave ficou “preso no gargalo”, a Guodun Quantum, em conjunto com unidades com vantagens no país, após mais de mil rondas de experiências e investigação para resolver problemas técnicos, desenvolveu recetores detetores de fotões únicos nacionais cujo desempenho é significativamente superior ao de produtos internacionais equivalentes. Esta série de produtos sustenta grandes projetos como a “linha Jinghu” e a “rede de comunicação segura quântica de grande área integrada por céu e terra”, fornecendo uma base sólida para o desenvolvimento em escala da comunicação quântica.

Em 2025, a Guodun Quantum lançou o primeiro detetor de fotões únicos de refrigeração profunda a quatro canais do mundo. Ao nível de indicadores-chave como eficiência de deteção, ruído escuro e grau de integração, atualizou recordes mundiais; o seu volume é apenas 1/9 do de produtos internacionais equivalentes. Atualmente, a série de recetores detetores de fotões únicos desenvolvida de forma autónoma pela empresa pode satisfazer a grande maioria dos cenários de aplicação de deteção de fotão único, oferecendo soluções de elevada relação custo-eficácia para aplicações reais como distribuição de chaves quânticas a distâncias ultra longas e imagem com fotões únicos.

Graças ao planeamento prospetivo do Departamento de Ciência e Tecnologia da província de Guangdong, o Shenzhen International Quantum Research Institute estruturou mais cedo a investigação e desenvolvimento de instrumentos científicos nucleares para tecnologia quântica, como máquinas de litografia eletrónica, cabeças frias criogénicas e refrigeradores de diluição. Antes de o bloqueio e embargo técnico serem aplicados à China no estrangeiro, as tecnologias relevantes já tinham sido essencialmente desenvolvidas com sucesso, conseguindo ultrapassar com êxito o bloqueio estrangeiro de “gargalo técnico”.

“Pôr ovos no caminho” rumo à industrialização

Nalgum laboratório de computação quântica, o repórter viu um par de plaquetas com dizeres: “Recolher dados ao cortar espinhos e travar ondas para pôr em marcha núcleos de investigação” (sentido geral), com a faixa horizontal a dizer “Nunca retirar a submissão”. A realidade é que, embora a computação quântica na China tenha alcançado a publicação de artigos nucleares e a rutura de gargalos técnicos, ainda precisa de avançar para a industrialização e a comercialização.

Zhou Lei afirmou que a via de desenvolvimento da tecnologia quântica não segue a rota tradicional de levar tecnologias maduras para o mercado; em vez disso, é um caminho de inovação que integra profundamente a investigação científica e a indústria, “pôr ovos no caminho”.

“Pôr ovos no caminho” é uma expressão utilizada na comunidade da tecnologia quântica: significa que, durante a escalada até picos científicos, os resultados de tecnologia em etapas são transformados atempadamente em implementação de produto. Este modelo “pôr ovos no caminho” atravessa as três principais áreas — comunicação quântica, computação quântica e medição quântica — e está a tornar-se a principal via para a tecnologia quântica sair do laboratório e entrar no mercado durante o próximo período.

Yupeng Yu, presidente do Shenzhen International Quantum Research Institute e académico da Academia Chinesa de Ciências, disse ao repórter que o desenvolvimento de instrumentos científicos tem de concretizar produção em massa e industrialização (para que o valor seja realmente realizado). No passado, em muitos países, projetos de desenvolvimento de instrumentos foram colocados em pausa depois de produzir protótipos e passarem pela aceitação, levando a que a tecnologia acabasse por se perder. Tendo isto em conta, o Shenzhen International Quantum Research Institute, com equipas jovens de talentos de cada equipa de investigação como equipa fundadora, formou empresas autónomas, focadas em diferentes tecnologias nucleares e produtos para concretizar a industrialização; produtos relevantes começaram já a ser vendidos no mercado. Só no ano passado, o instituto criou oito empresas tecnológicas deste tipo. Entre elas, empresas como Kunpeng Zhuyue já demonstraram uma forte capacidade de I&D e potencial de industrialização na área de hardware de computação quântica. A prática do Shenzhen International Quantum Research Institute é um exemplo típico de “pôr ovos no caminho”.

Atualmente, embora algumas empresas afirmem ter alcançado avanços na industrialização, a base geral ainda é relativamente fraca. Por exemplo, a maioria dos destinatários de vendas dessas empresas são universidades e instituições de investigação, para fins de investigação; este tipo de cenários tem um tamanho de mercado relativamente pequeno. No futuro, será necessário expandir ainda mais cenários de aplicações em âmbito civil e industrial em escala, para que a indústria concretize verdadeiramente a transição completa do laboratório para a cadeia industrial.

Vários intervenientes ouvidos na área afirmaram que, atualmente, o desenvolvimento técnico da computação quântica ainda não atingiu o nível comercial que o mercado imagina. A computação quântica continua a ser um instrumento de investigação; ainda não surgiram novas capacidades de computação que possam ser implementadas na prática e oferecidas diretamente a empresas para serviços úteis, pelo que a sua base de clientes a jusante também se limita a institutos de investigação, universidades e a algumas poucas empresas inovadoras, para testes técnicos e investigação. Para além de atingir superioridade quântica em alguns problemas matemáticos concebidos à medida de computadores quânticos, a principal tarefa da computação quântica nesta fase continua a ser acompanhar a computação clássica.

“Um dos objetivos centrais das empresas de computação quântica, no curto prazo, é sobreviver, acumular continuamente tecnologia e cultivar o mercado, aguardando a maturidade simultânea da tecnologia e do mercado.” Para Yupeng Yu, a indústria quântica é uma via de longo prazo, enquanto a computação quântica requer um período de incubação de 5 a 10 anos. Ele recomenda manter um elevado nível de investimento em I&D, aperfeiçoar o sistema de formação de talentos, reforçar a coordenação na cadeia industrial e orientar o posicionamento do capital paciente, para promover a transição da China de potência em tecnologia quântica para potência forte em tecnologia quântica, ajudando a concretizar, no âmbito do “15.º Plano Quinquenal”, o objetivo de “liderança global em comunicação quântica, avanços práticos em computação quântica e aplicações em escala de medição quântica”.