Dentro brevemente
- Os investigadores estão a explorar a integração da computação quântica na robótica, destacando os avanços na arquitetura, visão e interação.
- A equipe identifica o potencial da computação quântica para resolver as limitações da robótica clássica, como processamento de dados, feedback em tempo real e tarefas cognitivas.
- A investigação mostra que os desafios – incluindo a imaturidade do hardware, a integração quântica clássica e a necessidade de redes híbridas seguras – permanecem antes que os cientistas possam alcançar os resultados completos da transformação dos robôs quânticos.
A robótica quântica, um campo que combina computação quântica e inteligência artificial para melhorar os robôs, parece ser uma convergência natural de tendências tecnológicas em computação quântica e inteligência artificial. Agora, uma equipe internacional de pesquisadores relata na Quantum Machine Intelligence que avanços na arquitetura, compreensão e aplicações potenciais podem superar as limitações dos robôs antigos, levando a robôs quânticos avançados. A equipe também sugere que esta investigação de robôs quânticos também poderia informar futuras pesquisas interdisciplinares sobre tópicos como cognição humana e IA quântica.
O que é Robótica Quântica?
A robótica quântica utiliza princípios de computação quântica – como superposição, emaranhamento e algoritmos quânticos – para enfrentar os desafios enfrentados pela robótica tradicional. Isso inclui o processamento de grandes quantidades de dados sensoriais, o atendimento às necessidades de feedback em tempo real e a execução de tarefas cognitivas e emocionais que imitam a inteligência humana. Ao contrário dos sistemas clássicos, os robôs quânticos – ou “qubots” – usam a natureza probabilística da mecânica quântica para aumentar o alcance e o poder dos robôs.
Os robôs tradicionais dependem de estruturas de computação binárias, que lutam para lidar com a crescente complexidade das demandas modernas. A computação quântica oferece uma alternativa, capaz de processar e analisar dados em velocidades e escalas que são – em teoria, pelo menos agora – inatingíveis com sistemas clássicos.
Formas e meios
A pesquisa aponta para duas importantes áreas de pesquisa em robôs quânticos. O primeiro se concentra em melhorar os empregos existentes dos robôs. Algoritmos quânticos têm sido usados para melhorar a navegação, a tomada de decisões e a comunicação de muitos robôs. Por exemplo, a aprendizagem por reforço quântico permite que robôs móveis detectem sinais fracos e utilizem estratégias de forma mais eficaz, segundo os pesquisadores.
A segunda área envolve a integração da mecânica quântica em sistemas robóticos. Modelos clássicos, como a visão de robôs quânticos de Paul Benioff delineada pelo grupo, prevêem unidades móveis equipadas com processadores quânticos que podem se comunicar com seu ambiente. Esforços mais recentes estão explorando robôs que se comunicam por meio de emaranhamento quântico ou usam designs controlados por quantum para melhorar o desempenho e a adaptabilidade.
A construção de robôs quânticos geralmente inclui módulos de computação quântica para processamento de informações, sistemas auxiliares clássicos para tratamento de tarefas híbridas e canais de interação para comunicação com sistemas externos e outros robôs. Esses componentes trabalham juntos para melhorar as capacidades cognitivas, sensoriais e operacionais dos robôs.
Perguntas abertas e desafios atuais
Apesar da sua promessa, os robôs quânticos ainda estão numa fase inicial e enfrentam desafios técnicos e práticos significativos, segundo os investigadores. As limitações de hardware continuam a ser um obstáculo significativo, uma vez que processadores quânticos totalmente funcionais e responsivos ainda estão em desenvolvimento. Os circuitos quânticos também são muito sensíveis às perturbações ambientais, criando dificuldades na manutenção da estabilidade durante a operação.
A combinação de sistemas quânticos e clássicos cria outro desafio. Conversores eficientes para traduzir informações entre esses dois modos de computação são importantes, mas permanecem subdesenvolvidos. Os pesquisadores acrescentam que o campo sofre com a falta de software quântico específico, o que está atrasando a implantação de robôs quânticos avançados.
A segurança é outra preocupação porque, à medida que os robôs quânticos se integram nos sistemas da Internet das Coisas Industrial (IIoT) e em outras redes conectadas, eles se tornam vulneráveis a ataques cibernéticos. Embora a comunicação quântica ofereça soluções de alta segurança, a adaptação às redes híbridas quânticas-digitais exigirá inovação.
Os principais obstáculos para os robôs quânticos incluem a imaturidade de hardware e software e a dificuldade de conectar sistemas quânticos com os clássicos. A sensibilidade dos estados quânticos continua a ser um gargalo nas aplicações práticas. A investigação deve também enfrentar o desafio da conversão quântica-digital, que é essencial para permitir operações híbridas.
A diversidade inerente do campo – incluindo a mecânica quântica, a ciência da computação e a engenharia elétrica – exige a colaboração entre diferentes domínios para acelerar o progresso. Pesquisas futuras explorarão como algoritmos de inspiração quântica, como a otimização de partículas quânticas, podem melhorar a navegação, a cooperação e o controle dos robôs.
O futuro dos Qubots
Embora esses desafios sejam significativos, os pesquisadores também apontam várias áreas onde se espera que a robótica quântica faça avanços significativos – e, talvez, supere alguns desses obstáculos no caminho dos qubots. A navegação e a interação entre robôs podem ser modificadas por algoritmos quânticos que permitem interação contínua através de distâncias usando emaranhamento. A inteligência mental e emocional dos robôs pode melhorar à medida que os investigadores utilizam estruturas quânticas para replicar processos de pensamento semelhantes aos humanos.
É provável que a automação industrial veja a adoção generalizada de robôs quânticos na fabricação, na saúde e na logística, permitindo sistemas mais rápidos e eficientes. A integração da inteligência artificial quântica, da robótica e da tecnologia de comunicação tornou-se um “sistema quântico ciber-físico-cognitivo” que pode expandir a gama de aplicações, incluindo a interação humano-robô e a comunicação multi-robô.
O caminho a seguir
Os pesquisadores sugerem que a eventual realização de robôs quânticos avançados parece inevitável enquanto o progresso continuar na computação quântica e na inteligência artificial. Esses robôs podem superar seus equivalentes mais antigos em poder de processamento, flexibilidade e segurança, tornando-os ferramentas valiosas para pesquisa, indústria e uso diário.
Eles escrevem: “Para concluir, notamos que embora a tecnologia para detectar qubots avançados ainda esteja se espalhando e o conhecimento de sua integração em unidades complexas seja um desafio, nossa análise destacou os desenvolvimentos mais recentes em diferentes campos que poderiam se unir no estado de qubots de última geração que imaginamos. O amadurecimento gradual e o interesse renovado pela informação quântica e pela teoria do controle quântico sugerem que a realização dos qubots é uma questão de quando, não de se. “
A pesquisa sobre robôs quânticos é realizada por uma equipe diversificada de pesquisadores de diversas instituições. Fei Yan é afiliado à Escola de Ciência e Tecnologia da Computação da Universidade de Ciência e Tecnologia de Changchun, na China. Abdullah M. Iliyasu representa a Faculdade de Engenharia da Universidade Prince Sattam Bin Abdulaziz, na Arábia Saudita, e a Escola de Computação do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, onde colabora com Kaoru Hirota. Niannqiao Li trabalha na Escola de Ciência da Computação e Engenharia da Universidade Normal de Guangxi, na China. Ahmed S. Salama é afiliado ao Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação do Instituto Superior de Engenharia, Ciência da Computação e Gestão do Cairo e à Faculdade de Engenharia e Tecnologia da Universidade Future, no Egito.
