Computação quântica tem forte potencial em bioinformática, modelagem climática, sensoriamento remoto e agricultura inteligente.
Uma tecnologia emergente promete impulsionar a agricultura digital e impactar profundamente áreas de pesquisa agropecuária: a computação quântica. Com potencial para resolver problemas complexos de forma mais rápida e precisa, essa inovação pode ser aplicada em áreas como agricultura inteligente, modelagem climática, sensoriamento remoto e bioinformática, segundo estudo da Embrapa Agricultura Digital (SP) com apoio do Centro de Ciência para o Desenvolvimento em Agricultura Digital, da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).
Publicado na revista científica Pesquisa Agropecuária Brasileira (PAB), o artigo analisa as aplicações e os desafios da computação quântica no agro e a colocam como estratégica para o futuro do setor.
“Pesquisas na fronteira do conhecimento, como em computação quântica, podem apoiar a tomada de decisões em diferentes elos das cadeias produtivas do setor de forma mais eficiente, pois envolvem processos com elevado grau de incerteza, desde o plantio até a comercialização da produção agrícola”.
Édson Bolfe, Pesquisador da Embrapa e coautor do estudo
Como funciona a computação quântica?
O coordenador do trabalho, o pesquisador Kleber Souza, explica que, diferentemente do que hoje se vê em funcionamento em automóveis, aparelhos celulares e computadores domésticos, os novos equipamentos utilizam propriedades da física quântica para realizar operações de armazenamento e processamento de informações e resolver problemas complexos. Tais máquinas têm potencial superior em termos de qualidade e velocidade de respostas ao testarem múltiplas possibilidades e variáveis ao mesmo tempo. Desse modo, vão além da alternativa binária (entre dois caminhos por vez) oferecida pelos computadores clássicos, incluindo os supercomputadores.
Diferentemente dos computadores convencionais, que operam com bits binários (“0” ou “1”), os computadores quânticos utilizam qubits, que podem representar “0” e “1” simultaneamente. Essa característica, conhecida como superposição, permite que esses dispositivos processem múltiplas variáveis ao mesmo tempo, trazendo respostas mais rápidas e detalhadas para problemas complexos.
Aplicações da computação quântica na agricultura
Na prática, a computação quântica já se mostra promissora em diversas frentes. Em modelagem climática, ela será capaz de melhorar a precisão do Zoneamento Agrícola de Risco Climático (Zarc), sistema desenvolvido pela Embrapa e utilizado por gestores para elaborar políticas públicas e por instituições financeiras para embasar a concessão de créditos e cálculos de seguro agrícola.
Na área de fitossanidade, as simulações feitas pela arquitetura quântica ajudarão a identificar precocemente doenças em culturas como soja e milho. O emprego de aprendizado de máquina já resultou em uma tecnologia de identificação precoce de doenças. A computação quântica pode potencializar essas operações.
Na bioinformática, análises de dados genômicos podem ser altamente aceleradas com a computação quântica, beneficiando estudos de melhoramento genético. O estudo também aponta que, no futuro, a tecnologia poderá integrar sensores avançados e algoritmos de aprendizado de máquina, ampliando ainda mais sua aplicação no campo.
Desafios e investimentos necessários
Apesar do potencial promissor, o desenvolvimento de aplicações quânticas para o agro ainda enfrenta desafios. Um dos principais é o custo. Um computador quântico pode custar até 20 milhões de dólares, além de exigir infraestrutura avançada, como temperaturas de operação próximas do zero absoluto e ambientes altamente isolados.
Mesmo assim, segundo Souza, o domínio da tecnologia quântica será estratégico para o Brasil. “A pesquisa e a educação [voltadas ao tema] são áreas em que o Brasil também terá de investir para garantir a soberania tecnológica e manter a competitividade do setor agropecuário brasileiro”, defende.
Computação quântica no Brasil
No Brasil, os desafios para a implantação da computação quântica estão sendo mapeados e importantes iniciativas já estão em curso, ressalta Souza. Em 2022, foi organizado, pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) e pela Softex o evento “Desafio Brasil Computação Quântica” para discutir a questão.
No mesmo ano, teve também o lançamento da Rede MCTI-Softex de Tecnologias Quânticas, coordenada pelo Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia do Serviço Nacional de Aprendizado Industrial (Senai). O objetivo é fomentar o ecossistema brasileiro de computação quântica, integrando as ações do governo aos centros de pesquisas, startups e preparar o País para a tecnologia.
Em 2023, a Embrapa e o Senai Cimatec lançaram uma Unidade Mista de Pesquisa e Inovação Digital em Agricultura Tropical (Umipi DITAg). A parceria viabiliza o compartilhamento das infraestruturas computacionais e equipes das instituições para, a partir do uso de novos sensores, tecnologias quânticas, automação e robótica, alavancar o desenvolvimento de soluções digitais voltadas ao setor agropecuário em áreas como inteligência artificial, agricultura de precisão, internet das coisas, fotônica e rastreabilidade.
Em 2024, a Fapesp lançou um programa de pesquisa para promover o progresso das tecnologias quânticas, impulsionar o desenvolvimento de startups, atrair investimentos globais e trazer talentos para o estado de São Paulo.
Capacitação é chave para o avanço
A Austrália avalia que em 2045 serão necessários 19,4 mil especialistas para suprir a demanda para atuação em computação quântica, relata Souza, ao destacar a pesquisa e a educação como áreas igualmente essenciais para o desenvolvimento dessa área no Brasil.
Além de infraestrutura, o País precisa investir em formação de especialistas. De acordo com o artigo, países como Austrália e Alemanha já oferecem cursos de engenharia quântica, enquanto no Brasil, instituições começam a adotar programas voltados ao tema. Para Souza, computadores educacionais, acessíveis a partir de 500 dólares, podem ser uma porta de entrada para a capacitação de profissionais e testes iniciais de algoritmos. “Não se consegue fazer muito somente com eles, mas, associados aos serviços em nuvem, podem auxiliar as instituições a empreenderem um planejamento estratégico para incorporar a computação quântica”, avalia.
Pensando nisso, o artigo apresenta um mapeamento dos serviços e simuladores de computação quântica em nuvem já disponíveis para testes de algoritmos ou até mesmo para a familiarização com essa nova forma de computação.
Souza destaca que a ideia é aprofundar a pesquisa na vanguarda do conhecimento nesta área aplicada à agricultura digital. O artigo relata que algumas universidades já iniciaram o oferecimento de cursos em Engenharia Quântica. A Universidade Saarland, na Alemanha, iniciou seu curso de graduação em 2019; a Universidade de New South Wales, na Austrália, inaugurou um mestrado em 2021, e a Virginia Tech, nos EUA, em 2022, como um curso de especialização.
Um olhar para o futuro
Com simuladores de computação quântica em nuvem já disponíveis, o Brasil tem a oportunidade de acelerar sua entrada nesse campo. “Esses simuladores permitem que empresas e pesquisadores experimentem soluções antes mesmo de adquirir equipamentos físicos”, explica Bolfe.
Os autores destacam que, mesmo com o potencial promissor da tecnologia quântica, o seu desenvolvimento continua sendo um desafio para a modelagem de processos biológicos na agricultura, uma vez que eles envolvem ampla gama de variáveis.
Portanto, a evolução dessas aplicações em diferentes setores produtivos requer desenvolvimento computacional contínuo e treinamento de pessoal para o avanço científico e tecnológico.
A computação quântica, embora ainda distante da maioria das propriedades rurais, promete ser uma aliada poderosa para enfrentar os desafios da agricultura moderna. Investir em pesquisa, desenvolvimento e capacitação não é apenas uma questão de inovação, mas de garantir que o País continue a ser um dos maiores produtores de alimentos do mundo.
Os números da computação quântica
Escala – A nova tecnologia permite alterar a escala de problemas que é capaz de resolver e como a modelagem é realizada no sistema quântico. Ao invés de processar 10 mil possíveis interações de dados obtidos em campo (solo, planta e clima) em um computador tradicional em determinado tempo, no processamento quântico seria possível processar 100 mil interações nesse mesmo tempo.
Qubits – Os três bilhões de pares de bases do genoma humano, que requerem 1,5 gigabytes em um computador convencional, podem ser armazenados em aproximadamente 34 qubits de um computador quântico. Duplicando-se a quantidade de qubits para 68, tem-se espaço suficiente para armazenar os genomas de toda a humanidade.
Mercado – Um exemplo de investimento massivo é a parceria firmada em 2022 entre a Cleveland Clinic e a IBM para a instalação do sistema de computação quântica One. A parceria envolve recursos da ordem de 500 milhões de dólares nos próximos dez anos. O foco de atuação será em patógenos emergentes e doenças relacionadas a vírus, encurtando pesquisas críticas em tratamentos e vacinas.
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