Uma tecnologia emergente promete impulsionar a agricultura digital e impactar profundamente as áreas de pesquisa agrícola: 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 (Campinas, SP, Brasil) com apoio do Centro de Ciência para o Desenvolvimento em Agricultura Digital da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo ( Fapesp ).
O artigo publicado no periódico científico ( PAB ) analisa as aplicações e os desafios da computação quântica no setor agrícola e a considera estratégica para o futuro do setor. “Pesquisas na fronteira do conhecimento, como na computação quântica, podem dar suporte à tomada de decisões mais eficientes em diferentes elos das cadeias produtivas do setor, pois envolvem processos com alto grau de incerteza, que vão da semeadura à comercialização de produtos agrícolas”, explica Édson Bolfe , pesquisador da Embrapa e coautor do estudo.
Como funciona a computação quântica ?
O pesquisador Kleber Souza , que coordenou o estudo, explica que, diferentemente dos equipamentos disponíveis hoje em automóveis, celulares e computadores domésticos, o novo aparelho utiliza propriedades da física quântica para operações de armazenamento e processamento de informações e para resolver problemas complexos. Tais máquinas têm potencial superior em termos de qualidade de resposta e velocidade, pois testam múltiplas possibilidades e variáveis ao mesmo tempo. Por isso, vão além da alternativa binária (entre dois caminhos ao mesmo tempo) oferecida pelos computadores clássicos, incluindo os supercomputadores.
Diferentemente dos computadores convencionais, que operam com bits binários (“0” ou “1”), os computadores quânticos usam qubits, que podem representar “0” e “1” simultaneamente. Esse recurso, conhecido como superposição, permite que esses dispositivos processem múltiplas variáveis ao mesmo tempo, fornecendo respostas mais rápidas e detalhadas para problemas complexos.
Aplicações da computação quântica na agricultura
Na prática, a computação quântica já se mostrou promissora em diversas frentes. Na modelagem climática, ela pode melhorar a precisão do Zoneamento de Risco Climático Agrícola (ACRZ), sistema desenvolvido pela Embrapa e utilizado por gestores para elaborar políticas públicas e por instituições financeiras para respaldar acordos de crédito e cálculos de seguro agrícola.
Na área de saúde vegetal, simulações por meio de arquitetura quântica ajudarão a identificar doenças precocemente em culturas como soja e milho. O uso de aprendizado de máquina já resultou em tecnologia para identificação precoce de doenças. A computação quântica pode aprimorar tais operações.
Na bioinformática, a análise de dados genômicos pode ser altamente acelerada com computação quântica, o que beneficiará estudos de melhoramento genético e melhoramento genético. O estudo também aponta que, no futuro, a tecnologia poderá integrar sensores avançados e algoritmos de aprendizado de máquina, expandindo ainda mais sua aplicação no campo.
Desafios e investimentos necessários
Apesar do potencial promissor, o desenvolvimento de aplicações quânticas para agricultura ainda enfrenta desafios. Um dos principais é o custo. Um computador quântico pode não só custar até 20 milhões de dólares, mas também requer infraestrutura avançada, como temperaturas operacionais próximas do zero absoluto e ambientes altamente isolados.
Ainda assim, segundo Souza, dominar a tecnologia quântica será estratégico para o Brasil. “Pesquisa e educação [sobre o tema] são áreas em que o Brasil também terá que investir para garantir a soberania tecnológica e manter a competitividade do setor agrícola brasileiro”, argumenta.
Computação quântica no Brasil
No Brasil, os desafios que a implementação da computação quântica representaria estão sendo mapeados, e iniciativas importantes já estão em andamento, afirma Souza. Em 2022, a Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP) do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) e a Softex organizaram um Desafio Brasil de Computação Quântica para discutir o assunto.
No mesmo ano, foi lançada a Rede MCTI-Softex de Tecnologias Quânticas, coordenada pelo Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia (Cimatec) do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (Senai). O objetivo é promover o ecossistema brasileiro de computação quântica, por meio da coordenação de ações governamentais com centros de pesquisa e startups, preparando 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 permite que as instituições compartilhem infraestruturas e equipes computacionais para que, por meio do uso de novos sensores, tecnologias quânticas, automação e robótica, possam alavancar o desenvolvimento de soluções digitais voltadas ao setor agrícola 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.
O treinamento é a chave para avançar
A Austrália estima que em 2045 precisará de 19.400 especialistas para atender à demanda de trabalho em computação quântica, observa Souza, que considera pesquisa e educação igualmente essenciais para desenvolver a área no Brasil.
Além da infraestrutura, o país precisa investir na formação de especialistas. Segundo o paper, países como Austrália e Alemanha já oferecem cursos de engenharia quântica, enquanto no Brasil instituições começaram a adotar programas focados no tema. Para Souza, computadores educacionais acessíveis a partir de US$ 500 podem ser uma porta de entrada para a formação de profissionais e testes iniciais de algoritmos. Não dá para fazer muita coisa sozinhos, mas quando associados a serviços de nuvem, podem ajudar instituições a empreender planejamento estratégico para incorporar computação quântica, avalia.
Com isso em mente, o artigo mapeia serviços e simuladores de computação quântica em nuvem que já estão disponíveis para testar algoritmos ou mesmo para familiarização com essa nova forma de computação.
Souza comenta que a ideia é aprofundar pesquisas na área, na vanguarda do conhecimento que pode ser aplicado à agricultura digital. O artigo relata que algumas universidades já começaram a oferecer cursos em Engenharia Quântica. A Saarland University, na Alemanha, iniciou seu curso de graduação em 2019; a University of New South Wales, na Austrália, abriu um curso de mestrado em 2021, e a Virginia Tech, nos EUA, em 2022, como curso de especialização.
Uma perspectiva para o futuro
Com os simuladores de computação quântica em nuvem agora disponíveis, o Brasil tem a chance de acelerar sua entrada no campo. “Esses simuladores permitem que empresas e pesquisadores testem soluções antes de comprar o equipamento físico”, explica Bolfe.
Os autores afirmam que, mesmo com o potencial promissor da tecnologia quântica, seu desenvolvimento continua sendo um desafio para a modelagem de processos biológicos na agricultura, pois envolvem uma ampla gama de variáveis.
Portanto, a evolução dessas aplicações em diferentes setores produtivos exige desenvolvimento computacional contínuo e capacitação de pessoal em prol do avanço científico e tecnológico.
Embora a computação quântica ainda esteja longe da maioria das propriedades rurais, ela promete ser uma poderosa aliada 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 sendo um dos maiores produtores de alimentos do mundo.
| Os números da computação quântica
Escala – A nova tecnologia permite uma mudança na escala de problemas que pode resolver e em como a modelagem é realizada no sistema quântico. Em vez de processar 10.000 interações possíveis de dados de campo (solo, planta e clima) em um computador tradicional em um dado tempo, no processamento quântico seria possível processar 100.000 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. Ao dobrar o número de qubits para 68, há 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 montar o sistema de computação quântica One. A parceria envolve cerca de 500 milhões de dólares em financiamento nos próximos dez anos. O foco será em patógenos emergentes e doenças relacionadas a vírus, encurtando o caminho da pesquisa crítica para tratamentos e vacinas. |
