Desde sua fundação em 2018, a Universal Quantum (UQ) tem uma "visão um tanto idealista" de construir um computador quântico útil à humanidade.

"Nossos fundadores, o CEO Dr. Sebastian Weidt e o CTO Professor Winfried Hensinger, assim como a empresa como um todo, sempre abordaram a ideia de construir um computador quântico de um ponto de vista bastante igualitário – essa é a nossa visão", diz Mark Webber, chefe de Algoritmos Quânticos da Universal Quantum, à DCD.

"Claro, há muitos aplicativos que nos empolgam do ponto de vista mais barato, e não os deles, mas o que realmente nos empolga são aqueles apps que podem mudar a vida das pessoas."

A Universal Quantum foi desmembrada da Universidade de Sussex em 2018 e baseia-se em pesquisas conduzidas por seus dois fundadores no desenvolvimento de computadores quânticos de íons aprisionados. Sediada em uma instalação de pesquisa e manufatura de última geração em Haywards Heath, perto de Brighton, na costa sul da Inglaterra, a empresa cresceu de uma equipe de cerca de oito pessoas, quando Webber entrou em 2021, para uma organização que agora emprega mais de 100 pessoas.

Webber está atualmente liderando uma equipe de cientistas que investiga tanto aplicações quânticas — "como vamos usar computadores quânticos" — quanto a correção de erros quânticos, que ele diz ser "uma parte realmente fundamental da história que nos permite saber quando e como computadores quânticos serão úteis", embora talvez não seja tão relevante para aqueles interessados apenas nas aplicações práticas da computação quântica.

Para empresas como a UQ, que estão desenvolvendo a tecnologia subjacente e querem garantir que ela seja gerenciada e implementada de forma responsável, a lista de aplicações úteis e justas para computadores quânticos inclui as ciências da vida como um dos principais destaques. Webber diz que isso se deve, em parte, ao fato da capacidade da comunidade científica de projetar medicamentos ser prejudicada pelas limitações dos computadores clássicos para simular o impacto desses medicamentos.

É aí que entra em cena a computação quântica.

Quântica para o bem

Foi essa filosofia do "quântica para o bem" que levou a UQ ao Open Quantum Institute (OQI) e, por fim, ao projeto central da nossa conversa: a computação quântica pode ajudar a curar a endometriose?

Endometriose é uma condição em que células semelhantes às do revestimento do útero proliferam em outras partes do corpo. Embora a endometriose seja mais frequentemente encontrada em áreas próximas ao útero, como os ovários, as trompas de Falópio e o revestimento da pelve, ela também pode afetar órgãos como a bexiga e o intestino. Globalmente, estima-se que 10% das mulheres em idade reprodutiva e designadas como mulheres ao nascer vivam com a condição, o que equivale a cerca de 190 milhões de pessoas.

A causa da endometriose é desconhecida e, atualmente, não há cura. Embora a cirurgia seja uma opção para algumas pessoas — desde a remoção de células de endometriose ou de partes de órgãos afetados até uma histerectomia completa — a doença é mais comumente tratada com analgésicos ou hormônios vendidos sem receita, como a pílula anticoncepcional combinada.

O Open Quantum Institute foi criado em março de 2024 pelo Geneva Science and Diplomacy Anticipator (GESDA), em colaboração com a União Internacional de Telecomunicações das Nações Unidas (UIT), o CERN e outras agências internacionais. Ela serve como uma plataforma neutra para explorar e apoiar casos de uso quânticos com benefícios públicos globais, incluindo ciência do clima, saúde, segurança alimentar e outros.

Parte da abordagem do OQI é garantir que as tecnologias quânticas sejam desenvolvidas e aplicadas em conformidade com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) das Nações Unidas, que abrangem, entre outras coisas, as ciências da vida.

Webber afirma que a UQ inicialmente não abordou a OQI com o objetivo de curar a endometriose, mas que o projeto surgiu como resultado de discussões sucessivas entre ambas as partes sobre o que poderia ser alcançado em conformidade com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas, nos quais a OQI é focada nessa direção.

As ciências da vida tornaram-se um tema central para a UQ porque, segundo Webber, seu impacto é elevado, mas também porque as vantagens dos computadores quânticos nessa área já são bastante conhecidas: existem problemas no campo das ciências da vida que já despertam o interesse das empresas de computação quântica. Como a otimização de dados clássicos e aprendizado de máquina, por exemplo.

"[Na UQ] focamos em equity… o que demonstramos por meio de tentativas colaborativas nas quais buscamos agregar valor que não seja apenas de uma perspectiva mais comercial, ou que nos traga mais benefícios", diz Webber. "Então, nesse sentido, estávamos a favor do OQI."

À medida que as discussões entre a UQ e a OQI avançavam, os dois sócios trabalharam juntos para definir um objetivo que os entusiasmasse.

"No início, o foco era bastante amplo e voltado ao design de medicamentos, uma área que gera muita empolgação e em que temos alguma expertise interna sobre como acreditamos que poderíamos usar um computador quântico para ajudar nessa área", explica Webber. "À medida que as discussões avançavam, decidimos focar no objetivo, especificamente na saúde da mulher. Depois que decidimos focar na saúde da mulher, uma aplicação em particular veio à tona: a endometriose."

Este projeto, em particular, tem como objetivo explorar como simulações quânticas podem acelerar a descoberta de terapias não hormonais e estáveis para a endometriose, com foco em populações carentes em áreas rurais ou em desenvolvimento econômico.

"Sejamos sinceros: grande parte do trabalho que vamos fazer, inovando em algoritmos quânticos e entendendo o hardware quântico, não é específico da endometriose", diz Webber. No entanto, grande parte do trabalho que a UQ planeja realizar em colaboração com químicos quânticos clássicos e empresas de design de medicamentos será focada na endometriose como caso de estudo.

E embora Webber afirme que a OQI fornece financiamento ao projeto, esse não foi o principal atrativo para a QC. "[OQI] é um nome que abre portas e, ao hastear sua bandeira, podemos atrair outros colaboradores."

Do ponto de vista da implementação, os aspectos técnicos do projeto ficarão diretamente com a UQ, e Webber afirma que a empresa planeja organizar workshops com usuários finais das áreas de ciências da vida e de design de medicamentos, incluindo especialistas em biomedicina, química computacional e saúde da mulher. Isso ajudará a preencher a lacuna entre simulações clássicas para modelagem complexa e algoritmos quânticos e, em última análise, permitirá que a UQ reproduza sistemas biomoleculares em processadores quânticos, numa tentativa de integrar melhor esses insights nos fluxos de trabalho de descoberta de medicamentos.

As empresas farmacêuticas usam uma combinação de técnicas de simulação, não apenas computadores clássicos, diz Webber, o que significa que "ter essas conversas e entender a perspectiva dos usuários finais é realmente importante." Ele explica: "É muito importante trabalhar com aqueles que entendem a versão clássica das simulações que estão rodando, porque, na Universal Quantum, temos habilidades diversas, mas não somos especialistas globais em dinâmica de fluidos computacional, design de medicamentos ou otimização de portfólio."

"Temos principalmente o conhecimento necessário em hardware quântico e algoritmos quânticos, então é importante unir os dois e trabalhar com usuários finais que entendem os gargalos clássicos e como formulam seus problemas, porque, quando você planeja usar um computador quântico, não basta simplesmente pegar o algoritmo atualmente usado em um computador comum e rodá-lo no computador quântico."

Grande parte do trabalho foca em mapear o problema, entender onde vantagens podem ser obtidas com computadores quânticos e como maximizar essa vantagem. Computadores quânticos "não são uma solução milagrosa, mas são inerentemente melhores em todas as tarefas'", diz Webber.

Ele continua: "Você precisa combinar um entendimento profundo da formulação de problemas pelo usuário final, do qual dependemos por meio da colaboração, com o conhecimento do algoritmo quântico para encontrar a melhor forma de resolver esse problema."

A corrida já começou

Embora as potenciais aplicações do sistema da Universal Quantum sejam motivo de empolgação, nada será alcançado a menos que a tecnologia seja comprovadamente eficaz.

A UQ está focada no desenvolvimento de um computador quântico iônico aprisionado, uma das várias abordagens tecnológicas para a computação quântica que empresas estão investigando atualmente. Como Webber explica, "No momento é meio que uma corrida e não está claro qual é a melhor tecnologia subjacente para avançar."

Em um nível básico, em um computador quântico de íons presos, íons individuais, também conhecidos como átomos eletricamente carregados, representam qubits, que são controlados por campos eletromagnéticos. Operações quânticas são realizadas com pulsos de laser ou de micro-ondas, que podem manipular os estados internos dos íons e as interações entre eles.

Embora computadores quânticos já existam, Webber afirma que a maioria dos sistemas atuais não é útil porque não dispõe de suficientes qubits (bits quânticos). Para que os computadores quânticos sejam úteis, precisam ser escalados o mais rapidamente, eficientemente e barato possível. Embora várias empresas já tenham ultrapassado o limite de 100 qubits, Webber afirma que, independentemente da tecnologia, esses qubits ainda são barulhentos e difíceis de controlar, tornando-os inadequados para lidar com problemas em grande escala.

A Universal Quantum apostou sua reputação na abordagem de íons presos, que permite escalar da forma mais rápida e eficiente, mas Webber diz que a empresa também acredita que "há alguma verdade" na ideia de que essa abordagem é mais adequada para aplicações em ciências da vida.

No entanto, ele diz: "Acho que o que realmente vai diferenciar o hardware quântico e sua adequação para aplicações não é a especificidade das propriedades do hardware para a aplicação, mas apenas o grau de avanço do hardware, que variará bastante à medida que expandirmos nosso cronograma entre diferentes fornecedores de hardware.

"Existem diferentes pontos fortes e fracos. Há grande variação na fidelidade das operações físicas; a qualidade do controle e a velocidade das operações são fatores importantes que variam significativamente."

Embora a UQ tenha a endometriose firmemente em sua mira, a empresa é, em última análise, uma fornecedora de hardware quântico, e Webber explica que, para a empresa, o principal objetivo será a melhoria contínua de seu hardware para que possa construir um computador quântico que ofereça vantagem.

"[Enquanto este projeto está em andamento], nosso hardware quântico será desenvolvido, apresentado e aprimorado. Em algum momento, tenho certeza de que rodaremos tudo em nosso hardware de primeira geração, mas esse não é o objetivo principal deste projeto", ele diz.

"Estamos focados em construir máquinas de grande escala que tenham um impacto muito significativo, e não achamos que esses dispositivos de primeira geração, nossos ou de qualquer outra pessoa, vão conseguir entregar isso, exceto, talvez, em situações muito específicas, onde algumas técnicas inteligentes nos darão algo que nos entusiasme.

Esses dispositivos de primeira geração estão mais no campo das ferramentas de aprendizado: são usados para entender como funcionam e demonstrar casos de uso, mas não para fornecer respostas definitivas."

O futuro é promissor, mas ainda não chegou

No momento, o projeto para curar a endometriose ainda está em seus estágios iniciais, e a UQ está organizando workshops iniciais e criando uma rede de partes interessadas para entender melhor os problemas. As pessoas envolvidas no projeto também estão produzindo documentação e relatórios para ajudar a estimar os recursos necessários para realizá-lo e a avaliar a viabilidade dos resultados desejados.

Há também muito trabalho fora do âmbito quântico que está acontecendo em paralelo, explica Webber, incluindo o desenvolvimento da UQ de sua compreensão do estado atual do design de medicamentos.

Quando se trata deste projeto em particular, a cura para a endometriose, Webber admite que é improvável que resultados sejam alcançados com o hardware de primeira geração da empresa, mas que, em três a cinco anos, "seja lá o que for", à medida que o hardware avança, a UQ estará na melhor posição possível para avançar.

Isso porque, como ele explica, todo o trabalho árduo em algoritmos quânticos e na compreensão das expectativas de hardware já estará em andamento, permitindo que as partes interessadas aproveitem a tecnologia muito mais rapidamente do que se um projeto como esse nunca tivesse sido iniciado.

"Muito disso será fornecido em um período específico, mas isso não será o fim da história no final deste projeto, como está definido atualmente", diz Webber. "Nesse ponto, teremos esses ingredientes; então, tentaremos combiná-los com equipamentos de qualidade suficiente para começar a realizar experimentos que realmente oferecem vantagem, e isso vai continuar além do escopo deste projeto."

Esse artigo foi publicado originalmente no suplemento DCD Life Sciences. Cadastre-se aqui para ler o suplemento completo gratuitamente.