Dentro brevemente
- O Comité Consultivo da Iniciativa Quântica Nacional (NQIAC) sublinha que as redes quânticas têm o potencial de impulsionar o crescimento económico dos EUA e fortalecer a segurança nacional, mas apenas com investimento contínuo em investigação e desenvolvimento.
- As redes quânticas poderiam promover tecnologias como a computação quântica, a comunicação e a detecção, revolucionando potencialmente campos como a criptografia e a navegação.
- O comité recomenda financiamento estratégico para bancos de teste de redes quânticas, colaboração internacional e desenvolvimento de força de trabalho para garantir a liderança americana neste campo emergente.
O Comitê Consultivo da Iniciativa Quântica Nacional (NQIAC) relata que a rede quântica tem o potencial de criar benefícios reais para a economia dos EUA, bem como de fortalecer a segurança nacional. O relatório – Quantum Networking: Findings and Recommendations for Growing American Leadership – também enfatiza a necessidade de liderança americana e investimento contínuo para acelerar a pesquisa e o desenvolvimento (P&D) em redes quânticas, uma tecnologia que tem o potencial de conectar dispositivos quânticos de maneiras que poderiam tecnologia avançada de computação, comunicação e sensores, entre outros usos.
As redes quânticas, embora ainda em sua infância, permitem a transferência altamente sensível de estados quânticos e a distribuição do emaranhamento entre múltiplos sistemas de informação quântica.
Essa capacidade poderia eventualmente permitir que computadores quânticos trabalhassem juntos em grande escala, criando poderosos sistemas de computação quântica distribuída ou sensores quânticos altamente sensíveis. Esses sensores quânticos podem ser usados para medições de alta precisão em áreas como navegação, imagens médicas e monitoramento ambiental. Segundo o relatório, as redes quânticas também poderiam melhorar os sistemas de criptografia, permitindo canais de comunicação altamente seguros que excedem as capacidades das redes clássicas atuais.
À medida que a tecnologia quântica se multiplica, os benefícios e capacidades potenciais são acompanhados pela complexidade real da tecnologia, desafios que exigem uma abordagem integrada para serem resolvidos.
O NQIAC, estabelecido ao abrigo da Lei da Iniciativa Quântica Nacional (NQI) de 2018, trabalha para aconselhar o Presidente e outras partes interessadas importantes do governo sobre a estratégia da ciência da informação quântica (QIS) dos EUA. Este último relatório é uma continuação de recomendações anteriores – incluindo o relatório de 2020 do Escritório Nacional de Coordenação Quântica sobre uma Visão Estratégica para as Redes Quânticas da América e o relatório do Subcomitê Nacional de Ciência da Informação Quântica de 2021 do Conselho de Ciência e Tecnologia sobre uma Abordagem Coordenada para Redes Quânticas. Pesquisar. – e está particularmente focado na crescente liderança dos EUA na comunicação quântica – um pilar fundamental no ecossistema quântico mais amplo.
Potencial Econômico e de Segurança Nacional da Quantum Networking
O relatório começa destacando o papel importante, mas ainda em desenvolvimento, que as redes quânticas poderiam desempenhar no futuro dos Estados Unidos. Argumenta que a tecnologia pode, em última análise, melhorar a segurança nacional, permitindo sistemas de comunicação mais seguros e melhorando várias capacidades de sensores. No entanto, o relatório sublinha que a extensão total deste impacto permanece incerta e só pode ser esclarecida através de I&D em curso.
Embora as redes quânticas ainda não tenham demonstrado todo o seu potencial, a sua importância a longo prazo é clara. O comité acrescenta: “As capacidades de comunicação quântica desempenharão um papel na prosperidade económica e na segurança nacional dos EUA, mas a extensão desse papel só será determinada através de investigação e desenvolvimento contínuos”.
O comité consultivo acredita que a falta de investimento nesta área poderá fazer com que os EUA percam a sua vantagem competitiva noutros países que já procuram agressivamente a tecnologia quântica.
Por que continuar as notícias de investimento
Para garantir que os EUA permaneçam no topo da inovação quântica, o NQIAC está pedindo apoio contínuo à P&D de redes quânticas da organização. Em particular, o comité destaca a necessidade de investimento em diversas áreas-chave, incluindo:
- Um estudo teórico para compreender melhor os princípios básicos por trás das redes quânticas.
- Desenvolvimento de dispositivos desenvolvendo o hardware básico necessário para fazer as redes quânticas funcionarem.
- Integração de sistemas para garantir que diferentes tecnologias quânticas possam trabalhar juntas de forma eficaz na rede.
As aplicações finais da rede Quantum são diversas. Entre as mais promissoras está a distribuição quântica de chaves (QKD), que utiliza os princípios da mecânica quântica para criar chaves criptográficas altamente seguras. A tecnologia pode ser utilizada em setores onde a comunicação segura é crítica, como defesa e finanças. No entanto, o QKD tem seus desafios. Como observa o relatório, a Agência de Segurança Nacional dos EUA (NSA) não aprovou o QKD para fins de segurança nacional devido a questões de segurança não resolvidas e limitações práticas.
Outra área promissora é a computação quântica distribuída, que envolve a conexão de processadores quânticos em uma rede para criar um sistema de computação maior e mais poderoso. Esta abordagem poderia ajudar a superar alguns dos desafios de escala enfrentados atualmente pela computação quântica, como a dificuldade de construir computadores quânticos com um elevado número de qubits num único dispositivo. As redes quânticas também podem permitir a detecção quântica distribuída, o que pode permitir medições altamente sensíveis em longas distâncias, melhorando tecnologias como GPS e astronomia.
O papel dos Testbeds no desenvolvimento da Quantum Networking
Outra descoberta importante do relatório gira em torno do termo “pontos de controle”. Na comunidade quântica, o termo é frequentemente usado de forma vaga, levando à confusão sobre o que implica um ambiente de teste.
O relatório NQIAC fornece uma definição clara: “Uma plataforma de teste é uma plataforma ou ambiente acessível a vários usuários para realizar testes repetíveis e rigorosos de tecnologias de componentes, protocolos e integração de sistemas.”
Os bancos de testes diferem dos protótipos ou demonstradores porque permitem testes repetidos e comparativos de várias tecnologias e configurações. O objetivo não é apenas demonstrar que uma determinada tecnologia funciona, mas testá-la rigorosamente em diferentes ambientes e casos de utilização, permitindo aos investigadores identificar pontos fracos e melhorar o desempenho.
Este tipo de robustez é muito necessário no campo da tecnologia quântica devido à sua complexidade e vulnerabilidade inerentes.
Embora já existam vários locais de teste de redes quânticas em funcionamento em todo o mundo, incluindo nos Estados Unidos, o relatório observa que o seu impacto prático ou económico ainda não é claro. O NQIAC recomenda que o financiamento governamental para locais de teste seja cuidadosamente atribuído para garantir que ambos sejam “de tamanho apropriado” e “no momento apropriado”.
Dito de forma direta: os bancos de testes só devem ser estabelecidos quando a tecnologia subjacente tiver atingido um certo nível de maturidade e quando houver objetivos claros sobre o que o banco de testes pretende alcançar.
Reforçar a liderança dos EUA através do desenvolvimento da força de trabalho
O relatório do NQIAC enfatiza a importância da colaboração, tanto interna como externamente. O governo dos EUA está a ser instado a trabalhar com parceiros e parceiros internacionais em projetos conjuntos de comunicação quântica, que podem acelerar o ritmo da investigação, evitando ao mesmo tempo a duplicação de esforços. Esta colaboração global é particularmente importante dado o elevado nível de investimento em tecnologia quântica por parte de outros países.
Além da cooperação internacional, o relatório apela a uma maior participação da indústria em bancos de testes de redes quânticas. Ao colaborar com o sector privado, o governo dos EUA pode garantir que os esforços de investigação estão alinhados com as necessidades empresariais, ajudando a colmatar a lacuna entre a investigação académica e as aplicações comerciais.
Além disso, os bancos de testes de redes quânticas podem desempenhar um papel importante no treinamento da próxima geração de cientistas e engenheiros quânticos. Como observa o relatório, “os bancos de testes de redes quânticas podem reduzir a barreira financeira à entrada de novas tecnologias, aumentando assim a participação no campo de pesquisadores, do governo e de pesquisadores e inovadores da indústria”.
Os bancos de testes podem ser usados para fornecer informações a estudantes e cientistas iniciantes, garantindo que os EUA desenvolvam uma força de trabalho pronta para enfrentar os desafios da era quântica.
Os sucessos anteriores aumentam o potencial dos bancos de testes da tecnologia para produzir resultados tangíveis, de acordo com o relatório. Além disso, o comitê prevê um modelo de teste para enfrentar os desafios técnicos das redes quânticas.
O comitê escreve: “Por exemplo, os primeiros testes da ARPANET aceleraram a adoção da Internet, e vários testes foram criados para desenvolver e testar a segurança e a detecção de intrusões em sistemas de controle industrial, incluindo aplicações de redes inteligentes. Os bancos de testes também podem apresentar desafios de engenharia de sistemas e dificuldades de integração em toda a pilha de sistemas que podem não existir em um ambiente de laboratório limpo.”
Recomendações do Governo dos EUA
Na sua secção final, o relatório oferece sete recomendações importantes ao governo dos EUA para ajudar a aumentar a liderança americana na rede quântica. Isso inclui:
- Apoio contínuo à investigação básica em redes quânticas e suas tecnologias facilitadoras.
- Desenvolvimento de métricas para medir o progresso na pesquisa de redes quânticas.
- Investimento num modelo de rede que combina tecnologia de comunicação quântica e rede clássica.
- Financiamento estratégico de centros de investigação com objetivos científicos e económicos específicos.
- Apoio à participação da indústria em testes para garantir que a tecnologia seja escalonável e comercial.
- Priorizar a cooperação internacional com as Nações Unidas.
- Usando testbeds para treinar uma força de trabalho quântica diversificada e altamente qualificada.
O comité sublinha a importância desta iniciativa: “Os Estados Unidos devem continuar a investir sabiamente para manter e melhorar a sua posição de liderança em QIS e, em particular, na conectividade quântica”.
