Ao entrar em um data center quântico, a primeira coisa que o surpreende é o ruído.

O zumbido constante de ventiladores com os quais você pode estar acostumado em uma sala de servidores tradicional ainda está lá, mas muito mais silencioso. Acima do zumbido constante está o bombeamento regular de compressores forçando líquidos super-resfriados para dentro do sistema para garantir que os átomos nos chips mantenham seu estado quântico. É um som que parece mais próximo dos pistões de uma máquina a vapor do que da eletrônica na vanguarda da física computacional.

Os computadores quânticos ainda podem estar em seu estágio inicial, mas mesmo os sistemas em estágio inicial de hoje estão sendo implantados em números cada vez maiores em uma variedade crescente de locais. Mas como é um data center quântico e como ele se compara ao que sabemos sobre data centers hoje?

A DCD visitou data centers quânticos operados pela IBM e IQM na Alemanha para ver esses sistemas em estado selvagem.

Como é um data center quântico?

Muito parecido com o número crescente de imagens poluídas por IA de data centers futuristas que você vê online, o termo data center quântico sugere algo elegante, brilhante e talvez um pouco estranho ao que estamos acostumados a ver. A realidade, no entanto, é menos chamativa.

Embora anunciado pela primeira vez em meados de 2023 e inaugurado em outubro de 2024, o data center 'quântico' da IBM em Ehningen, nos arredores de Stuttgart, na verdade remonta à década de 1970; apropriadamente, uma época em que a ficção científica era decididamente mais tátil na estética. A IBM está presente em Ehningen há quase 100 anos, e a empresa está em meio a uma atualização de sua presença no local, saindo de alguns prédios de escritórios mais antigos e desenvolvendo novos.

O prédio que hospeda os sistemas quânticos da Big Blue abrigava anteriormente sistemas clientes para o que agora podemos considerar implantações de nuvem privada, muito antes de o termo ser cunhado. Hoje, o porão continua a hospedar sistemas de TI tradicionais para as próprias equipes de pesquisa e desenvolvimento da IBM, com o data hall apresentando os sistemas quânticos da empresa no térreo. O site de Ehningen hospeda um sistema quântico desde 2021.

"É usado como um data center para nossas equipes de pesquisa e desenvolvimento, não principalmente quântica, mas também para outras unidades de negócios", diz David Faller, vice-presidente de desenvolvimento da IBM e diretor administrativo da IBM Germany Research and Development. "Foi uma combinação muito, muito boa".

A IBM mostrou à DCD o centro de experiência quântica nas instalações, que incluía um IBM System One, alojado num cubo de vidro impressionantemente elegante. Na altura da nossa visita, o centro de dados albergava dois System Ones, cada um alimentado pela unidade de processamento quântico (QPU) Eagle de 127 qubits da IBM.

"Fizemos o acordo com a [organização de pesquisa] Fraunhofer para configurar o Quantum System One em 2021", diz Faller. "A equipe de Yorktown [centro de pesquisa da IBM em Nova York, EUA] foi a única que realmente trabalhou na construção de computadores quânticos. Eles embalaram todas as caixas e as enviaram para cá com a intenção de que, quando as caixas chegassem algumas semanas depois, eles pegassem um avião e chegassem lá e montassem esse sistema. Mas então veio o bloqueio do Covid-19".

Felizmente, a equipe de pesquisa e desenvolvimento da IBM ao lado tinha "décadas de experiência em tecnologia de mainframe, até projetar e validar os processadores em nosso IBM Z Systems, a tecnologia de resfriamento, o empacotamento do sistema, todos esses elementos", diz Faller. Ele continua: "Recrutamos pessoas dessa equipe que conhecem tecnologias de resfriamento e eletrônica de controle e as treinamos com videoconferências durante todo o dia com a equipe dos EUA".

A empresa não divulgou especificações precisas do data center, nem quantos computadores quânticos a instalação poderia hospedar. A DCD é informada, no entanto, que a TI clássica no data hall do porão consome "muito mais" energia do que o andar quântico; é improvável que espaço e energia sejam um problema no local.

"Há definitivamente a intenção de crescer", diz Faller. "Se houver procura nos próximos anos, podemos decidir ocupar outro espaço e transformá-lo em mais espaço para centros de dados quânticos.

"No momento, estamos usando o andar superior para escritórios, e a equipe quântica também tem escritórios aqui para ficar perto dos sistemas".

Apesar da necessidade de hospedar hélio e nitrogênio líquidos - com os tubos de hélio passando por baixo do piso elevado - bem como acomodar sistemas mais altos do que os racks típicos, Faller diz que o local é "espaço regular de data center".

"Para um data center razoavelmente moderno, não acho que você precise fazer muito", diz ele.

O data center alemão da IQM, uma empresa finlandesa de computação quântica desmembrada da Universidade de Aalto e do Centro de Pesquisa Técnica VTT da Finlândia em 2018, também não é a concha futurista que o ChatGPT pode sugerir que uma instalação quântica pode ser, mas um prédio de escritórios comum em Munique.

Lançada em junho de 2024, a empresa está alugando espaço em Georg-Brauchle-Ring 23-25, um antigo prédio de escritórios da Telefônica. Adquirido e reconstruído pela Bayern Projekt e Europa Capital em 2017, o complexo de 39.000 m² foi rebatizado como Olympia Business Center e vendido para o family office Anthos em 2022.

Com a Telefônica se consolidando na O2 Tower de 37 andares mais adiante na rua, o complexo de escritórios abriga várias empresas; a equipe da IQM ocupa espaço no andar de cima do prédio, enquanto o data center quântico reside no porão, em espaço em branco anteriormente usado pela O2. Abrigando duas máquinas quânticas IQM no lançamento, o data center é capaz de hospedar até 12 computadores quânticos, totalizando 800 kW de capacidade de energia.

Jan Goetz, CEO e cofundador da IQM, é alemão e fez seu doutorado em circuitos quânticos supercondutores na TU Munich antes de se mudar para a Universidade de Aalto, na Finlândia. A empresa há muito tempo tinha uma equipe em Munique, mas decidiu lançar uma instalação focada em nuvem quântica na cidade.

"O objetivo aqui é realmente separar a pesquisa e o desenvolvimento e a produção", disse Goetz à DCD em nossa visita às suas instalações. "Então, aqui em Munique, esses sistemas devem realmente ser sistemas de produção, o que significa alta disponibilidade online; enquanto os sistemas que estamos executando na Finlândia são principalmente sistemas de P&D, com nossos próprios engenheiros tendo acesso e experimentando coisas".

Ele disse que o local combinava um data center e um escritório, o que se adequava à empresa. Havia pouca necessidade em termos de energia e resfriamento, devido às necessidades de energia relativamente baixas dos sistemas quânticos. A maioria das máquinas quânticas mede dezenas de quilowatts.

"Não foi um desafio aqui, e este não é um desafio em geral para a implantação de computadores quânticos", diz Goetz. "A única mudança real no lado do prédio foi que tivemos que abrir um pouco a entrada, porque eles são um pouco maiores do que o rack de servidor típico que você tem".

Embora Goetz pareça interessado em dizer que o data center é bastante padrão no geral, uma visita ao data floor revela algumas características usuais. O centro do salão quadrado apresenta o que Goetz descreve como uma "área de serviço separada" - essencialmente uma sala dentro da sala - para hospedar os compressores, bombas e armazenamento de nitrogênio líquido e hélio.

Cada sistema quântico e o único rack de equipamentos de sinalização e processamento de micro-ondas que o acompanham são colocados na área principal do espaço em branco em ambos os lados da área de serviço em uma espécie de layout de ferradura.

Com apenas meia dúzia de sistemas quânticos de 20 qubits instalados no momento da visita da DCD, o que significa apenas seis racks regulares refrigerados a ar no andar principal, o data hall é relativamente silencioso e agradável em comparação com alguns espaços. O bombeamento regular de compressores é a parte mais notável – e incomum – da experiência.

Ao contrário de um data center tradicional, Goetz diz que o data hall da empresa não tem uma temperatura ideal necessária para funcionar - os criostatos se regulam e o equipamento de sinalização não funciona em altas densidades - mas uma temperatura constante é mais importante: "Queremos ter uma temperatura estável", diz ele. Não queremos variações porque isso pode afetar o comprimento dos cabos se a temperatura variar muito".

Mudança dos fatores de forma quântica

Os sistemas da IBM e da IQM usam tecnologia baseada em supercondutores. Esses sistemas apresentam o design icônico do lustre, com o chip quântico dentro de refrigeradores de diluição, grandes unidades de resfriamento criogênico que usam hélio-3 em sistemas de circuito fechado para resfriar todo o sistema.

Enquanto a maioria das fotos da imprensa dos computadores quânticos da IBM mostra um sistema hospedado dentro de um grande cubo de vidro, por trás da cortina, a empresa opera um número maior de sistemas menos dignos de apresentação.

Revelado pela primeira vez em 2019, o cubo selado de 2,7 metros, feito de vidro borossilicato de meia polegada de espessura, é uma impressionante unidade independente - com grande parte da infraestrutura de resfriamento escondida na parte superior e sistemas de controle atrás.

A empresa implantou esses cubos em vários locais para os clientes; a Cleveland Clinic implantou esse sistema em sua sede em Cleveland, Ohio, em vez do data center da empresa na periferia da cidade, enquanto o Rensselaer Polytechnic Institute em Nova York também deu ao seu próprio sistema quântico uma exibição de orgulho em uma antiga capela que agora abriga seu centro de computação.

Nos bastidores, no entanto, a maioria dos computadores quânticos hospedados pela IBM é menos chamativa e mais funcional para o espaço em branco tradicional. Uma estrutura de metal simples contém um criostato super-resfriado, com um rack tradicional de 19 polegadas próximo a ele contendo todos os equipamentos de controle e sinalização que o acompanham.

Mas enquanto muitas empresas quânticas estão buscando encaixar suas unidades de processamento quântico (QPUs) em racks padrão, a IBM está promovendo um novo formato que pode oferecer sistemas mais poderosos ao custo do fator de forma.

Os computadores quânticos System One da IBM atualmente apresentam uma QPU dentro de um criostato - uma geladeira super-resfriada que hospeda o lustre dourado comumente visto quando se fala em computação quântica.

Desde então, a IBM lançou seu System Two, um sistema muito maior que compreende três QPUs em três criostatos hospedados em um grande sistema hexagonal.

Além de hospedar três criostatos (cada um hospedando uma QPU) em um grande shell, a IBM projetou o sistema para ser modular em termos do que pode se conectar a ele. Enquanto um lado do hexágono poderia hospedar o equipamento de controle e sinalização, outro lado poderia apresentar racks de CPU ou QPUs para criar um sistema híbrido, ou ainda mais QPUs em um hexágono separado do Sistema Dois.

"O System Two é o palco para ser tão modular que realmente podemos construir computadores quânticos que, no futuro, nos trarão a vantagem quântica", diz Faller, da IBM. "Nosso plano é, nos próximos anos, que você possa conectar até sete em um computador quântico virtual para obter mais de 1.000 qubits que você pode usar para seus algoritmos. Esse trio de unidades tradicionais de TI, GPU e processador quântico é algo que estamos antecipando para nossas soluções de TI daqui para frente”.

Um System Two foi implantado no data center quântico da IBM em Nova York; a instalação de Ehningen está programada para ter um Sistema Dois no futuro. Uma plataforma criogênica hexagonal Kide Bluefors, desenvolvida em parceria com a IBM, mede pouco menos de três metros de altura e 2,5 metros de diâmetro, e o piso abaixo dela precisa ser capaz de suportar cerca de 7.000 kg de peso. A IBM também desenvolveu seu próprio refrigerador de diluição gigante, conhecido como Projeto Goldeneye, que pode conter até seis unidades de resfriamento de diluição individuais e pesa 6,7 toneladas métricas.

A IQM, no entanto, está seguindo um caminho diferente, na esperança de reduzir suas máquinas a sistemas padrão baseados em rack.

"Ainda não temos o computador quântico completo em um rack de 19 polegadas", diz Goetz, da IQM. "Mas estamos trabalhando nessa direção. Portanto, dessa perspectiva, não acho que o tipo de aparência típica dos data centers mude tanto".

Goetz observa que o hélio líquido para os sistemas da IQM é um circuito fechado, e a empresa está trabalhando em um computador quântico sem o nitrogênio líquido, o que significa que o sistema acabará sendo totalmente fechado e não exigirá recargas de líquido.

"No momento, a maioria dos sistemas ainda tem uma armadilha de nitrogênio líquido, que você precisa reabastecer", explica ele, "e você precisa de talvez uma hora de treinamento sobre como lidar com os líquidos frios".

Como será um data center quântico no futuro?

Apesar das alegações de alguns operadores, parece que ainda existem poucos data centers quânticos construídos especificamente no mundo - além do prédio do Centro Nacional de Computação Quântica (NQCC) do governo do Reino Unido no Harwell Science and Innovation Campus em Oxfordshire.

Até onde a DCD sabe, todos os outros espaços dedicados à hospedagem de computadores quânticos estão dentro de um data center ou laboratório existente, ou um edifício industrial convertido sob medida para apresentar algum espaço em branco.

Isso não quer dizer que não haverá mais data centers quânticos dedicados e construídos especificamente no futuro. E o trabalho para garantir que eles sejam padronizados já está em andamento.

Em sua cúpula da EMEA em Dublin, em abril de 2025, funcionários do Open Compute Project disseram que estavam procurando trabalhar com empresas de computação quântica e as operadoras que podem desenvolver padrões em torno de computadores quânticos.

Cliff Grossner, diretor de inovação da OCP, disse que o grupo de padrões espera desenvolver uma certificação OCP pronta para quantum em um futuro próximo.

O programa OCP-Ready de autoavaliação existente do grupo ajuda as operadoras a mostrar que seus data centers atendem às melhores práticas e requisitos definidos por hiperescalas como Meta e Microsoft, e estão prontos para hospedar equipamentos compatíveis com OCP.

Grossner disse que o OCP espera ter um primeiro rascunho de como pode ser uma certificação com foco quântico em algum momento de 2026; "É melhor pensar nisso agora; acredito que temos o suficiente para começar bem", disse ele em Dublin, observando que alguns trabalhos preliminares com Orca e IQM foram realizados durante a conferência.

As medidas com foco quântico que podem precisar ser consideradas incluem vibrações, sensibilidade eletromagnética e, potencialmente, até mesmo a velocidade dos elevadores que movem o hardware entre os andares. Não está claro se haveria ou não um padrão abrangendo os diferentes tipos de computadores quânticos - super-resfriados, baseados em rack, com mesa óptica etc. - ou vários padrões para atender a todos os participantes.

A geografia da quântica soberana

Embora esteja se tornando cada vez mais comum ver sistemas de computação quântica em centros de supercomputação, ainda é raro ver QPUs fora de espaços hospedados por empresas de computação quântica.

A empresa britânica de computação quântica Oxford Quantum Computing (OQC) implantou seis de seus sistemas QPU em dois data centers de colocation: a instalação LHR3 da Centersquare em Reading, Reino Unido, e a instalação TY11 da Equinix em Tóquio, Japão. A OVH tem um sistema da Quandela numa das suas instalações em Croix, França. A fornecedora de refrigeradores Oxford Instruments instalou um computador quântico Rigetti em sua principal fábrica em Tubney Wood, Oxfordshire.

A IBM também hospeda alguns sistemas quânticos dedicados em suas instalações para clientes que não querem suas QPUs no local, mas as implantações corporativas no local são raras além do acordo da IBM com a Cleveland Clinic.

Eles provavelmente serão a exceção e não a norma para as empresas por algum tempo, diz Goetz, da IQM.

"Os clientes corporativos ainda não estão comprando sistemas completos", diz Goetz. "Eles geralmente acessam os sistemas por meio da nuvem porque ainda estão aumentando suas capacidades internas com o objetivo de estarem prontos quando os computadores quânticos realmente tiverem o valor comercial total".

Não está claro como será a geografia de um mundo com computadores quânticos comercialmente úteis.

As empresas ficarão satisfeitas com algumas regiões centralizadas de "nuvem quântica", exigirão capacidade no país em várias jurisdições ou chegarão ao ponto de exigir que os sistemas sejam colocados em instalações locais ou colocalizadas?

"Acreditamos que os clientes corporativos começarão a comprar sistemas - clientes maiores que têm seus próprios centros de computação ou em data centers de colocation", sugere Goetz. "E também sempre haverá alguns negócios que passam pela nuvem".

A IQM se expandiu para a Alemanha, diz Goetz, devido ao forte ecossistema quântico de P&D alimentado pelo talento universitário da cidade, combinado com muita indústria local. O CEO acha que Munique também deve servir de modelo para data centers que a empresa espera que possam ser implantados globalmente caso a soberania se torne mais um problema.

"Às vezes, ajuda se você tiver o computador fisicamente em uma determinada jurisdição", diz ele à DCD. "Se você estiver lidando com dados confidenciais ou com organizações governamentais, elas podem exigir que o computador esteja fisicamente localizado em seu país. Portanto, [Munique] pode ser um modelo de como construir um data center em outros lugares do futuro".

Como será a futura construção da empresa dependerá da demanda do cliente. Goetz diz que está vendo muita demanda e a empresa está se preparando para ter um "bom número" de sistemas baseados em nuvem disponíveis. Ele observa que a atual situação geopolítica em todo o mundo está vendo os orçamentos crescerem no lado da defesa, o que pode ser um "sinal claro de que haverá uma necessidade de nuvem quântica soberana", provavelmente alimentando a necessidade de computação quântica no país.

Atualmente, a IBM opera nove regiões de nuvem multizonais, duas regiões de campus único e sete data centers únicos em sua presença na nuvem. Faller, da IBM, diz que a empresa está "comprometida" em aumentar sua presença de data center nos EUA e na Europa, mas como será a imagem final em torno de sua pegada quântica dependerá dos clientes.

"Ainda não há um plano real para ter os data centers em cada região", diz ele, "mas se houver demanda, por que não?".

Faller continua: "Estamos convencidos de que este será realmente um elemento fundamental da supercomputação no futuro. É por isso que estamos falando sobre essa supercomputação centrada na quântica, reunindo esses mundos".

"O modelo híbrido de nuvem e a opção por sistemas dedicados farão sentido por algum tempo. É da mesma forma que temos opções para colocar mainframes ou servidores Power em seu próprio data center ou por meio do IBM Cloud. Ambos os modelos existem e acho que estarão por aí por vários anos. Isso não vai mudar facilmente".

Se e quando atingirmos a vantagem quântica não está claro. Algumas empresas sugerem que já estamos enfrentando alguns casos de uso extremos em que o hardware clássico se esforça para calcular uma resposta confiável e precisa em um período de tempo útil.

Estamos no ponto em que algumas cargas de trabalho específicas podem ser mais eficientes em hardware quântico em teoria; no entanto, mesmo que o algoritmo quântico seja mais eficaz, o hardware quântico geralmente não é poderoso o suficiente para uma implantação em grande escala no mundo real.

Embora ambas as empresas acreditem que chegaremos lá, quando alcançaremos a vantagem quântica não está tão claro. Goetz, da IQM, argumenta que será uma construção lenta ao longo do tempo, caso de uso por caso de uso, em vez de um big bang.

"Podemos estar a uma década ou mais de sistemas multi-poderosos de vários milhões de qubits que oferecem a vantagem quântica final, mas Goetz observa que "não significa que não há nada a caminho", da mesma forma que a utilidade das GPUs cresceu ao longo do tempo à medida que mais empresas as usam para IA.