Conte-nos sobre o Quantopticon e os problemas que você espera resolver para a comunidade quântica.
Mirella Koleva, diretora executiva: Como físicos quânticos, cientistas de materiais e engenheiros, estamos trabalhando juntos para construir os chamados dispositivos “quânticos 2.0” que exploram as propriedades de superposição e emaranhamento. Mas precisamos entender os processos físicos fundamentais que ocorrem dentro desses dispositivos antes de podermos projetá-los melhor, então na Quantopticon estamos desenvolvendo um software de simulação que prevê com precisão as interações luz-matéria no reino quântico. Nosso software pretende ser uma plataforma para projetar e otimizar componentes, redes e dispositivos fotônicos quânticos de estado sólido.
Como surgiu a ideia de abrir a empresa?
Gaby Slavcheva, diretora científica: Tendo trabalhado em óptica de semicondutores quânticos e não lineares por muitos anos, eu estava ciente dos métodos de modelagem e simulação de lasers. No entanto, os lasers são dispositivos clássicos em termos das estatísticas de radiação que emitem, e nos últimos anos testemunhamos um grande progresso em direção à realização física do paradigma de computação quântica de Richard Feynman baseado em propriedades quânticas frágeis, como coerência quântica, superposição e emaranhamento. Os esforços globais de pesquisa estão agora focados no desenvolvimento dessas tecnologias de próxima geração e, em última análise, um computador quântico universal.
A modalidade de computação quântica fotônica tem grandes vantagens em termos de escalabilidade e velocidade em comparação com outras arquiteturas de computação quântica. Mas a teoria e a modelagem desses efeitos quânticos do tipo 2.0 estão em sua infância, e ferramentas computacionais avançadas são necessárias para prever o desempenho de dispositivos baseados em plataformas fotônicas. Então, Mirella e eu decidimos fundar a Quantopticon para atender a essa necessidade crescente e à falta de ferramentas de modelagem para fotônica quântica em particular. Nosso objetivo é acelerar o advento de dispositivos quânticos 2.0 inovadores e facilitar sua ampla adoção.
Qual foi o catalisador que fez você dizer: “Certo, vamos abrir uma empresa juntos?”
MK: Acho que houve um aumento natural da prontidão das tecnologias quânticas nos últimos cinco anos. Quando começamos a empresa em 2017, estávamos antecipando esse progresso e pensamos: “Este é o momento em que realmente precisamos entrar e nos envolver para surfar nessa onda”. Então escolhemos o momento certo.
Temos planos muito ambiciosos para desenvolver nosso pacote de software para que possamos realmente fazer a diferença nos vários subsetores da indústria de tecnologia quântica
Parte de surfar na onda, é claro, é conseguir financiamento. Como você fez isso?
MK: Nos primeiros dias, solicitamos financiamento da Innovate UK, a agência de inovação do Reino Unido, que fornece subsídios para empresas inovadoras como a nossa. Nós nos unimos a experimentadores líderes mundiais em optoeletrônica quântica da Universidade de Oxford e especialistas em nitreto de gálio da Universidade de Cambridge e escrevemos uma proposta de projeto juntos. A ideia era usar pontos quânticos de nitreto de índio e gálio embutidos em cavidades de micropilares de nitreto de gálio como um banco de ensaio para nosso software. O financiamento que obtivemos da Innovate UK também nos ajudou a desenvolver uma interface gráfica de usuário para nosso software e acelerar o código subjacente.
O maior obstáculo de financiamento para nós – na verdade, o obstáculo mais difícil que tivemos de superar – foi tentar obter financiamento adicional após a conclusão do projeto Innovate UK. Tivemos uma lacuna de financiamento durante a crise da pandemia de COVID e esse foi um momento muito difícil. Por quase três anos, nos inscrevemos repetidamente na Innovate UK e em outras agências de financiamento do governo do Reino Unido, na medida em que passamos a maior parte do tempo escrevendo propostas de financiamento em vez de desenvolver a empresa. Mas essas propostas de subsídios não foram escolhidas para financiamento. Esse foi um verdadeiro ponto baixo. Ficamos tão desanimados que começamos a buscar financiamento no exterior.
Após alguns sacrifícios, coragem e pura determinação, a Agência Espacial Européia veio em nosso socorro, comissionando-nos para projetar componentes para o primeiro satélite europeu de criptografia quântica. Por volta da mesma época, ganhamos uma quantia significativa de dinheiro do Duality, um programa de aceleração de startups sediado na Universidade de Chicago, nos EUA, que se concentra em empreendimentos enraizados em tecnologias quânticas. Fomos a única empresa não americana a ser aceita no programa e a mudança para Chicago fazia parte dos requisitos, então vou ficar nos EUA até pelo menos agosto de 2022. Finalmente, em janeiro, recebemos uma pequena quantia adicional de a SPIE na sua competição Startup Challenge na Photonics West. É um pouco irônico e um pouco triste que estejamos recebendo tanto reconhecimento do resto do mundo, mas não do nosso país de origem. Esperamos que isso mude.
Como a Dualidade te ajudou?
MK: Ele forneceu uma riqueza de suporte, orientação e cursos, bem como oportunidades para nos mostrar em eventos e cúpulas de alto nível. Tem sido incrivelmente recompensador fazer parte do Duality e do outro programa de aceleração de startups em que estamos, baseado na Universidade de Toronto, Canadá, e chamado Creative Destruction Lab. Os dois programas têm formas completamente diferentes de apoiar empreendimentos e se complementam bem. Temos muita sorte de estar em ambos ao mesmo tempo.
Quais você vê como os principais desafios para o campo da tecnologia quântica como um todo?
GS: O principal desafio técnico é, sem dúvida, a realização física de um computador quântico universal. Um computador quântico fotônico útil que pode demonstrar vantagem quântica sobre a computação clássica precisa de pelo menos um milhão de qubits interconectados para fornecer uma sobrecarga para a correção de erros quânticos. Essas arquiteturas de grande escala exigem operações e interconexões ultrarrápidas, daí a demanda da indústria para desenvolver componentes quânticos de alta velocidade e alta fidelidade, como fontes de luz quântica.
Desenvolver o tipo de arquitetura rápida e escalável necessária para garantir o emaranhamento de um grande número de qubits com o mínimo de decoerência e correção de erros otimizada é uma tarefa formidável que está sendo atacada atualmente de muitos ângulos e em diferentes plataformas de computação. Acreditamos que, ao criar modelos físicos confiáveis de fenômenos quânticos e ferramentas de projeto computadorizadas para fonética quântica integrada em um chip, podemos ajudar a desenvolver componentes individuais de alto desempenho. Esses componentes precisam ser emaranhados, e a modelagem computacional também pode ajudar aqui, semelhante à maneira como as ferramentas de automação de projeto eletrônico são usadas hoje em dia como uma coisa natural no projeto de circuitos eletrônicos.
MK: Do lado dos negócios, o principal desafio no campo é que a indústria quântica ainda está surgindo e não está claro como ela crescerá no futuro e como se desenvolverá. Mesmo os maiores especialistas não têm certeza do que vai acontecer a seguir. Portanto, é muito desafiador para um novo empreendedor como eu, que não tem muita experiência nessa área, planejar e, principalmente, fazer planos de longo prazo sobre como nossa empresa se desenvolverá nos próximos anos. Estamos cientes de que precisamos ser muito ágeis para responder rapidamente e aproveitar as oportunidades quando elas surgem e estar atentos às novidades.
No que você está trabalhando agora e o que planeja fazer nos próximos meses?
GS: Atualmente estamos trabalhando no projeto, modelagem e otimização de fontes de fótons únicos baseados em pontos quânticos semicondutores embutidos em cavidades ópticas. Nosso objetivo é explorar a eletrodinâmica quântica de cavidades e fenômenos coerentes para produzir fontes de fóton único de alta qualidade. Também esperamos descrever uma gama mais ampla de sistemas quânticos, como spins em silício, defeitos em materiais 2D ou centros de vacância de nitrogênio em nanodiamantes incorporados em estruturas fotônicas. Estamos interessados em geometrias de guias de onda com acopladores, platers, rotores, interferômetros Mach–Zehnder e diferentes tipos de cavidades ópticas como cristais fotônicos, micro-ressonadores e outros.
Mas nossos planos de longo prazo são enfrentar o problema de gerar estados emaranhados de vários fótons, que são necessários para a realização de um computador quântico. Queremos otimizar essas fontes emaranhadas de vários fótons do ponto de vista da geometria e das propriedades do sistema quântico.
Existem muitas maneiras diferentes de fazer qubits, e você mencionou muitas delas agora. Acho que ser neutro em qubit deve ser uma das vantagens de ser uma empresa de software quântico em vez de uma empresa de hardware.
GS: Sim, mas estamos nos concentrando na plataforma de computação quântica fotônica porque acreditamos fortemente que o futuro da computação quântica está na fotônica quântica integrada em um chip. É assim que podemos produzir arquiteturas escaláveis; é uma maneira natural e já funcionou na eletrônica, então precisamos levar isso em conta. É muito mais provável que consigamos uma integração em larga escala usando tecnologias semicondutoras maduras.
MK: Nosso software também é aplicável a átomos neutros, então empresas como a ColdQuanta que estão construindo computadores quânticos a partir de átomos neutros também nos interessam, e temos planos muito ambiciosos para desenvolver nosso conjunto de software para que possamos realmente fazer a diferença nas várias subsetores da indústria de tecnologia quântica. Mas isso está mais adiante em nosso roteiro, e Gaby está certo de que estamos focando na modalidade fotônica para a implementação física de qubits, porque não está bem endereçada até agora. Estamos tentando corrigir isso e garantir que possamos realmente desenvolver esses sistemas adequadamente e atender às necessidades de nossos clientes de maneira adequada, para que eles fiquem satisfeitos com o serviço que recebem de nós.
Mirella Koleva é o diretor executivo e Gaby Slavcheva é o diretor científico da Quantopticon.
O posto Aproveitando a onda na fotônica quântica apareceu pela primeira vez em Mundo da física.
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