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”, explica 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.
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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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