Seu Próximo Desafio de Design Pode Ser Quântico

O ano é 2030. Seu software de EDA aprimorado por quântica acabou de simular um novo material para baterias no nível molecular – um trabalho que costumava levar meses, agora é feito em meia hora. Do outro lado da sala, seu colega usa um sistema híbrido quântico-clássico para otimizar um layout RF complexo, explorando simultaneamente milhões de configurações possíveis. Enquanto isso, o especialista em criptografia da sua equipe implementa os mais recentes protocolos resistentes a quântica para proteger seus designs, pois a criptografia tradicional já não pode mais oferecer proteção significativa.

Isso não é ficção científica. É o futuro da engenharia eletrônica, e está chegando mais rápido do que muitos percebem. A computação quântica está prestes a transformar como projetamos, simulamos e protegemos sistemas eletrônicos. Para os engenheiros, isso significa se preparar para uma onda de disrupção e oportunidade.

Em reconhecimento ao impacto acelerado das tecnologias quânticas, as Nações Unidas declararam 2025 o Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica. Esta iniciativa promoverá o papel crescente do quântico em várias disciplinas, incentivando o engajamento público e profissional com o campo.

Entendendo o Salto Quântico

Para entender por que o quântico é importante, ajuda contrastá-lo com a computação clássica. Computadores clássicos usam bits que são ou um 0 ou um 1. Computadores quânticos usam qubits, que podem ser 0 e 1 ao mesmo tempo – uma propriedade chamada superposição. Quando os qubits se entrelaçam, seus estados ficam vinculados, permitindo cálculos concorrentes através de muitas possibilidades. Essas características tornam as máquinas quânticas ideais para problemas que sobrecarregam processadores clássicos.

No núcleo dessas máquinas quânticas está a unidade de processamento quântico (QPU), o equivalente ao CPU clássico. Um QPU abriga qubits, bem como a eletrônica de controle e o hardware clássico necessário para gerenciá-los. Juntos, eles formam um sistema de precisão capaz de executar instruções quânticas enquanto filtram o ruído ambiental que pode desestabilizar os frágeis estados de qubit.

Por Que o Quântico é Importante para a Eletrônica

A computação quântica já está começando a impactar o mundo da eletrônica. Três áreas práticas se destacam:

• Descoberta de Materiais: Simular interações moleculares com ferramentas clássicas é demorado e muitas vezes impreciso. Sistemas quânticos podem modelar esses comportamentos no nível quântico, acelerando o desenvolvimento de semicondutores, baterias e outros materiais avançados.
• Otimização de Design: Os computadores quânticos se destacam na exploração de espaços de solução massivos. Essa capacidade abre novas fronteiras no layout de circuitos analógicos, design de células de memória e outros campos de design.
• Segurança e Resiliência: À medida que as máquinas quânticas ganham poder, elas ameaçam quebrar a criptografia de hoje. Mas elas também suportam a criação de algoritmos resistentes ao quântico, alguns dos quais já estão embutidos no hardware atualmente.

Correndo Rumo à Prontidão

IBM, Google e D-Wave fizeram avanços rápidos na tecnologia quântica nos últimos dois anos, com roadmaps competitivos, metas de pesquisa ousadas e um ecossistema crescente de parceiros e clientes testando soluções quânticas. Essas empresas estão moldando os stacks de software, modelos de acesso à nuvem e colaborações de pesquisa que definirão as primeiras aplicações quânticas. Essa convergência de inovação, comprometimento e colaboração está ajudando a tornar a computação quântica mais relevante para engenheiros e cientistas trabalhando no "mundo real", não apenas para aqueles que trabalham em laboratórios quânticos. 

O processador quântico R2 IBM Heron, anunciado no final de 2024, possui 156 qubits com acopladores ajustáveis e opera até 50 vezes mais rápido que seu antecessor, o Heron original, lançado no final de 2023. Quando combinado com as ferramentas de software de código aberto Qiskit, o processador R2 Heron pode realizar 5.000 operações de portas de dois qubits, o dobro do melhor resultado anterior (até o final de 2024). Segundo pesquisadores da IBM, esse desempenho o prepara para computações quânticas complexas. 

O QPU Willow da Google, anunciado em dezembro de 2024, inclui 105 qubits transmon supercondutores e demonstrou um marco na correção de erro quântico: as taxas de erro diminuem à medida que mais qubits são adicionados. Willow recentemente completou um benchmark complexo em menos de cinco minutos, uma tarefa que levaria supercomputadores clássicos impressionantes 10 septilhões de anos!

Ao contrário da maioria dos concorrentes, a D-Wave tomou um caminho fundamentalmente diferente na computação quântica, concentrando-se no recozimento quântico – uma técnica especificamente projetada para resolver problemas de otimização. Enquanto os computadores quânticos baseados em portas (como os da IBM e Google) visam tornar-se sistemas de propósito geral capazes de executar uma ampla gama de algoritmos, os recozedores quânticos como os da D-Wave são altamente especializados. Eles se destacam em encontrar soluções ótimas em espaços de busca vastos e complexos, tornando-os ideais para logística, programação, aprendizado de máquina e modelagem de materiais.

Em março de 2025, a D-Wave anunciou que seu sistema Advantage2, construído com mais de 7.000 qubits supercondutores e conectividade de qubit de 20 vias, havia alcançado um marco significativo. Ele simulou com sucesso um desafiador problema de ciência dos materiais em apenas 20 minutos. Um supercomputador tradicional levaria cerca de um milhão de anos para realizar este trabalho. Embora não tão dramático quanto as reivindicações de domínio de benchmark por sistemas baseados em portas, essa conquista destaca a força única da D-Wave na aplicação de ferramentas quânticas a problemas reais de otimização industrial.

Pesquisadores chineses anunciaram o Zuchongzhi 3.0, um processador quântico que opera a uma velocidade um quatrilhão de vezes superior à dos melhores supercomputadores atuais. Com 105 qubits supercondutores, o chip mostra que, apesar das sanções comerciais dos EUA, a China é uma concorrente na corrida pela tecnologia de computação quântica.

Além desses chips e máquinas que chamam a atenção, uma nova onda de desenvolvimentos mostra o ímpeto do campo. Pesquisadores conectaram vários processadores quânticos juntos pela primeira vez no início de 2025, um passo crítico em direção à escalabilidade. Por volta da mesma época, um sistema quântico de 56 qubits gerou "aleatoriedade certificada", criando números provavelmente imprevisíveis. Esse salto poderia revolucionar a criptografia, simulações e comunicações seguras.

A EDA Recebe um Auxílio Quântico

Projetar circuitos de alto desempenho é uma das tarefas mais complexas em engenharia eletrônica. Ferramentas clássicas de EDA muitas vezes dependem de simulação por força bruta e testes sequenciais, o que pode levar dias, semanas ou até meses. Como previsto em nosso cenário inicial, ferramentas de EDA aprimoradas por quantum prometem acelerar isso dramaticamente ao avaliar milhares ou milhões de configurações possíveis simultaneamente. Essa vantagem quântica é especialmente convincente para problemas como otimização de circuitos analógicos, roteamento de layout e distribuição de energia, onde o espaço de solução rapidamente se torna vasto demais para as ferramentas clássicas explorarem exaustivamente.

Enquanto isso, empresas como NVIDIA e Keysight estão colaborando com Google Quantum AI para avançar simulações de circuitos quânticos em larga escala e desenvolver novas técnicas de modelagem para componentes supercondutores. Arquiteturas híbridas – combinando fluxos de design clássicos com aceleradores quânticos – já estão entregando melhorias mensuráveis em tarefas específicas, marcando uma mudança de novidade experimental para ferramenta de engenharia aplicada.

Introdução às Ferramentas Quânticas

Felizmente, você não precisa de um laboratório quântico para começar. Plataformas acessíveis pela nuvem permitem que engenheiros testem técnicas de otimização quânticas e inspiradas em quântica sem infraestrutura especializada.O Qiskit Metal da IBM integra-se com ferramentas de EDA e simulação familiares, permitindo que engenheiros projetem hardware quântico em Python. Amazon Braket e Microsoft Azure Quantum oferecem acesso via nuvem a processadores quânticos, incluindo sistemas da IonQ, Rigetti e D-Wave.

Enfrentando Desafios do Mundo Real

Apesar das promessas, as máquinas quânticas de hoje permanecem delicadas e intensivas em recursos. Sistemas de qubits supercondutores tipicamente requerem refrigeradores de diluição e equipamentos de blindagem para manter temperaturas criogênicas próximas ao zero absoluto – condições altamente sensíveis ao ruído ambiental. Mesmo processadores de pequena escala exigem ambientes térmicos estáveis, controle preciso de micro-ondas e calibração extensiva.

Essas limitações físicas e de engenharia limitam a acessibilidade do hardware quântico prático. Mas elas também estão impulsionando inovações em miniaturização, crioeletrônica e design modular. Engenheiros estão desenvolvendo circuitos cri-CMOS, experimentando com interconexões supercondutoras e refinando as interfaces que ligam os domínios quântico e clássico. Há progresso, mas sistemas robustos e escaláveis ainda enfrentam desafios de engenharia assustadores com energia, custo e integração de sistema.

Para Onde a Engenharia Segue

A era quântica não substituirá a eletrônica clássica. Ela irá aumentá-la e acelerá-la. Para os engenheiros, isso significa novas ferramentas para enfrentar problemas que antes eram considerados impraticáveis ou impossíveis. À medida que essas capacidades evoluem, aqueles que as exploram agora ganharão a fluência técnica necessária para moldar como as capacidades quânticas são engenheiradas nos sistemas que redefinirão como projetamos, simulamos e protegemos a eletrônica na era quântica.