Taiwan quer transformar a liderança nos chips numa vantagem quântica

Porque é que a liderança de Taiwan nos chips é importante para a computação quântica

A força de Taiwan no fabrico de chips é central para um novo impulso à criação de um ecossistema nacional de computação quântica. Nos últimos dias, responsáveis de topo da Academia Sinica e do Instituto de Investigação de Tecnologia Industrial apelaram ao Governo e à indústria para transformarem as vantagens do país nos semicondutores em dinamismo para o hardware, o software e a formação de talento na área quântica. Os chips estão no centro de todos os sistemas quânticos, desde os dispositivos de qubits à electrónica de controlo criogénica. Isso dá a Taiwan uma oportunidade concreta para avançar mais depressa do que a sua dimensão poderia fazer supor.

O que distingue as máquinas quânticas é o qubit, um dispositivo que pode existir em vários estados ao mesmo tempo. Os qubits são frágeis. O calor, as vibrações e os sinais eléctricos parasitas destroem rapidamente a sua informação. A maioria dos sistemas funciona a temperaturas próximas do zero absoluto. Os chips que criam, medem e controlam esses qubits têm de ser precisos, silenciosos e fiáveis a temperaturas criogénicas. O fabrico destas peças assenta nas mesmas competências que impulsionam os semicondutores de ponta, incluindo litografia de precisão, materiais avançados e controlo de processos com rendimentos elevados.

Taiwan já produz a maioria dos chips lógicos de última geração do mundo, que alimentam a inteligência artificial e a computação de alto desempenho. Os analistas estimam que as fábricas taiwanesas sejam responsáveis por cerca de 90% dos nós mais avançados utilizados pelas plataformas globais. O país também lidera na encapsulação e nos testes, essenciais para ligar dispositivos densos que têm de caber em refrigeradores de diluição. É esta combinação de pontos fortes que leva os especialistas locais a defender que Taiwan pode converter a liderança nos chips em progressos concretos na área quântica.

Das fábricas aos qubits: o que pode ser aproveitado

Várias capacidades passam directamente da produção moderna de semicondutores para a investigação quântica. A litografia de elevada precisão e o rigor das salas limpas permitem fabricar estruturas de qubits em circuitos supercondutores e pontos quânticos de silício. A encapsulação avançada e as interligações ajudam a encaminhar milhares de linhas de controlo para ambientes frios sem acrescentar ruído. O controlo de processos amadurecido melhora a uniformidade e o rendimento, duas variáveis que limitam a escala dos actuais dispositivos quânticos. Na área da electrónica, a experiência de Taiwan com chips de radiofrequência e interfaces de alta velocidade pode contribuir para conceber chips de controlo criogénico que funcionem perto dos qubits e reduzam a complexidade da cablagem.

O que propõem agora os especialistas em Taipé

Chen Chii-dong, investigador sénior distinto do Centro de Investigação sobre Questões Críticas da Academia Sinica e director executivo do seu Centro Temático de Computação Quântica, apresentou um objectivo claro: desenvolver capacidades no país. Defendeu que Taiwan deve reunir um esforço integrado que abranja dispositivos, software de controlo e plataformas de teste.

Ao apresentar os argumentos a favor de um impulso nacional, Chen afirmou que Taiwan deve transformar os seus pontos fortes nos chips num programa quântico completo e formar especialistas de várias áreas. Foi directo:

Taiwan tem uma vantagem absoluta nos semicondutores, que deve usar para construir o seu próprio ecossistema de computação quântica e formar talento local.

Defendeu também a criação de um protótipo funcional em Taiwan. Construir um computador quântico no país é mais do que um gesto simbólico. O trabalho prático permitiria desenvolver competências entre fornecedores e impulsionar ferramentas em toda a cadeia. Como explicou Chen:

Desenvolver um computador quântico nacional estimularia avanços no hardware relacionado e no software de controlo.

Jeff Lin, director-geral do Centro Internacional de Estratégia para a Indústria, Ciência e Tecnologia do ITRI, apresentou um plano de acção para as políticas públicas e a indústria. Defendeu que Taiwan se concentre nas tecnologias quânticas fundamentais ligadas à inteligência artificial, estabeleça parcerias na cadeia de abastecimento com os Estados Unidos, a Europa e o Japão, reforce a colaboração entre a indústria e a academia e crie uma plataforma de investigação e validação que acelere a comercialização. Apelou também a regras sobre riscos, soberania dos dados e ética, bem como a reformas jurídicas e educativas que apoiem a formação de talento multidisciplinar. Resumiu assim a importância do desafio:

A tecnologia quântica tornou-se a nova fronteira estratégica, depois da IA. Cerca de 30 países já a incluíram nos seus planos nacionais de desenvolvimento.

O plano de Lin aponta também para uma abordagem de ecossistema: uma plataforma nacional de testes onde empresas emergentes e universidades possam validar ideias, financiamento associado a metas e um programa para transformar módulos de investigação em subsistemas de qualidade industrial. O objectivo é acelerar os ciclos de aprendizagem, encurtar o intervalo entre os resultados laboratoriais e as primeiras implementações-piloto e definir percursos mais claros para os engenheiros que passam dos chips clássicos para projectos quânticos.

O lugar de Taiwan na corrida global

A tecnologia quântica integra hoje uma competição mais ampla em torno dos chips, da computação e das indústrias estratégicas. Os Estados Unidos e os seus aliados estão a investir em grande escala, através de programas públicos e parcerias privadas, ao mesmo tempo que reforçam as regras de exportação de ferramentas avançadas destinadas à China. A expansão da TSMC no Arizona, apoiada por financiamento público, reflecte o esforço para criar capacidade resiliente na área dos semicondutores avançados. Estas medidas estão a alterar os locais onde se realiza investigação sensível e onde se instalarão as futuras cadeias de abastecimento.

A China, por seu lado, está a investir fortemente para reduzir a dependência da tecnologia estrangeira. Bancos de política pública, fundos estatais e programas provinciais apoiam projectos nacionais de chips e tecnologia quântica, juntamente com o recrutamento de talento e novas restrições a materiais estratégicos. Este dinamismo aumenta a importância do desafio para Taiwan. O sector dos chips da ilha está no centro das cadeias de valor globais, mas também enfrenta pressão para replicar capacidade no estrangeiro e gerir riscos políticos.

Para Taiwan, esta combinação de oportunidades e exposição justifica agir. O país pode aproveitar parcerias de confiança para integrar consórcios internacionais de tecnologia quântica, mantendo no território nacional actividades de elevado valor. Pode também posicionar-se como uma ponte entre os chips clássicos e a experimentação quântica, uma área em que já dispõe de escala, conhecimentos e uma rede sólida de fornecedores.

Que caminhos de hardware fazem sentido para Taiwan

Nenhum tipo de qubit se impôs até agora. Cada uma das principais abordagens tem vantagens e desvantagens em termos de tolerância ao ruído, temperatura de funcionamento, velocidade das portas quânticas e facilidade de fabrico. Taiwan não precisa de apostar em todos os caminhos. Uma estratégia melhor consiste em escolher nichos alinhados com as competências existentes no sector dos chips e com as redes de fornecedores, integrando depois essas peças em programas globais.

Circuitos supercondutores

Os qubits supercondutores utilizam junções de Josephson produzidas em películas finas que conduzem electricidade sem resistência a temperaturas muito baixas. O fabrico exige películas supercondutoras limpas, padrões precisos e um tratamento cuidado das superfícies. Os principais estrangulamentos são a encapsulação criogénica e o controlo por micro-ondas. As empresas taiwanesas de encapsulação avançada podem desenvolver interpositores de baixas perdas e cablagem tridimensional para transportar sinais de micro-ondas até às etapas criogénicas. As equipas locais de electrónica podem conceber módulos de controlo compactos e filtros que limitam o ruído. Os laboratórios de testes podem especializar-se em rotinas de calibração que reduzam o tempo necessário para pôr novos chips a funcionar em refrigeradores de diluição.

Qubits de spin em silício

Os qubits de spin em silício são construídos a partir de pontos quânticos formados em estruturas de semicondutores bem conhecidas. A vantagem é clara. Em princípio, estes dispositivos podem aproveitar a litografia e o controlo de processos já existentes nas fábricas de ponta. Os programas internacionais demonstram que é possível produzir dispositivos de spin em silício com ferramentas convencionais e combiná-los depois com circuitos de controlo criogénico. Se os qubits puderem funcionar a temperaturas próximas dos 4 kelvin, em vez de milikelvin, será mais fácil integrá-los com CMOS de baixa temperatura e simplificar a cablagem. As fundições e empresas de concepção de Taiwan estão bem posicionadas para explorar esta via, sobretudo se um projecto nacional financiar kits partilhados de desenvolvimento de processos, séries de produção partilhadas e ferramentas de automatização da concepção electrónica criogénica.

Sistemas fotónicos e de iões

Os qubits fotónicos e de iões aprisionados dependem mais de óptica de precisão, lasers e sistemas de vácuo do que dos processos convencionais do silício. Ainda assim, Taiwan pode contribuir. A fotónica integrada, a encapsulação óptica e os materiais especiais são áreas em que os fornecedores existentes podem adaptar as suas competências. As universidades podem liderar o desenvolvimento de fontes laser estáveis, comutação óptica e repetidores quânticos para comunicações seguras.

Em todas as modalidades, há dois temas recorrentes. Primeiro, as infra-estruturas criogénicas e a especialização em medição são essenciais. Segundo, as arquitecturas híbridas que combinam um processador quântico com aceleradores clássicos deverão dominar as primeiras aplicações. A proximidade de Taiwan às cadeias de abastecimento da computação de alto desempenho é uma vantagem estrutural para este modelo híbrido.

Talento e formação

A computação quântica combina física, informática, engenharia electrotécnica, ciência dos materiais e matemática aplicada. Chen sublinhou o tempo necessário para desenvolver conhecimentos especializados e apelou a estudantes e engenheiros a meio da carreira para entrarem na área, vindos da física, das ciências da informação, da engenharia electrotécnica e da electrónica. Percursos formativos que avancem da álgebra linear e da mecânica quântica para a teoria de controlo e a engenharia criogénica podem preparar novos profissionais.

Taiwan começou a organizar-se. O Gabinete do Programa Quântico de Taiwan (2021) e a Equipa Nacional de Tecnologia Quântica (2022) foram criados com um orçamento plurianual que totaliza cerca de 259 milhões de dólares norte-americanos ao longo de cinco anos. Os seus programas abrangem hardware, óptica, software e aplicações para computadores quânticos. Os projectos locais já anunciaram protótipos, incluindo um computador quântico desenvolvido no país, e demonstrações de distribuição quântica de chaves. O país também está activo na criptografia pós-quântica e acolhe um Centro de Migração para a Segurança Quântica, que ajuda as instituições a planear actualizações para se prepararem para futuros ataques de máquinas quânticas.

Parcerias e governação

Responsáveis e investigadores defendem que Taiwan deve aprofundar a cooperação com os Estados Unidos, a Europa e o Japão, tanto na investigação como nas cadeias de abastecimento. A participação em programas globais permite aceder a plataformas de teste partilhadas, séries de fabrico e normas. A colaboração com a Índia é outro canal promissor, tendo em conta a Missão Nacional Quântica do país e os seus pontos fortes nas comunicações e na detecção quânticas. Projectos conjuntos poderiam combinar a experiência de Taiwan em dispositivos e chips com as competências dos parceiros em algoritmos, metrologia e sistemas em rede.

A governação também exige atenção. Jeff Lin defendeu um quadro abrangente que aborde a avaliação de riscos, a soberania dos dados e a ética. A transição para a criptografia pós-quântica deve ser calendarizada e testada em todas as infra-estruturas críticas, com metas de contratação pública e conformidade. As regras de controlo das exportações, a protecção da propriedade intelectual e os protocolos de segurança determinarão quem pode trabalhar em cada projecto e que equipamentos podem ser partilhados. Políticas claras reduzem a incerteza para as empresas emergentes e os investigadores, reforçando a confiança dos parceiros internacionais.

Desafios que Taiwan tem de resolver

O equipamento especializado é escasso. Os refrigeradores de diluição, as estações de sondas de baixa temperatura e os equipamentos de medição de alta frequência são dispendiosos e difíceis de obter. As instalações partilhadas podem aliviar este estrangulamento, mas precisam de financiamento sustentado e de operadores qualificados. O tempo de utilização das fundições é outra limitação, pois as linhas de produção estão saturadas com a elevada procura de chips para IA e servidores. Sem módulos de processo dedicados e calendários de produção partilhada, os dispositivos quânticos ficarão na fila atrás das encomendas comerciais.

Os exemplos da indústria mostram por que razão é importante uma ligação estreita entre as ferramentas para semicondutores e a investigação quântica. Grandes programas no estrangeiro estão a experimentar qubits de spin em silício com processos normalizados, ao mesmo tempo que desenvolvem chips de controlo criogénico e infra-estruturas de teste. A lição não é que Taiwan tenha de copiar uma abordagem específica. É que as equipas quânticas precisam hoje de acesso a litografia avançada, metrologia e encapsulação. Taiwan tem os conhecimentos necessários para seguir estas vias, desde que disponibilize as ferramentas, as pessoas e o tempo.

Planos e metas a curto prazo

O Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia de Taiwan planeia lançar em 2026 um projecto de construção de um supercomputador quântico. O objectivo é ligar um supercomputador quântico a plataformas de computação de alto desempenho, criando um recurso híbrido acessível a investigadores e à indústria. O projecto acompanha a tendência global de combinar processadores quânticos com supercomputadores e aceleradores de IA para executar tarefas práticas.

Há várias medidas concretas que poderiam acelerar os progressos. Um centro nacional de criogenia, com vários espaços para refrigeradores e um modelo de prestação de serviços, reduziria os tempos de espera para as experiências. Um programa de chips de controlo CMOS criogénicos envolveria empresas de concepção na área e criaria blocos de construção reutilizáveis. Uma linha-piloto de encapsulação para qubits supercondutores e de spin permitiria às equipas aperfeiçoar interligações de baixas perdas e cablagem 3D. Séries regulares de produção partilhada, com kits de desenvolvimento de processos adaptados a dispositivos quânticos, permitiriam criar estatísticas dos dispositivos e melhorar o rendimento. Uma plataforma pública de testes e validação daria às empresas emergentes um local para validar componentes, enquanto um fundo de inovação associado a metas técnicas claras ajudaria a colmatar a distância entre os resultados laboratoriais e os primeiros produtos.

Aplicações prioritárias

Várias áreas de aplicação estão alinhadas com os pontos fortes de Taiwan. No sector dos semicondutores, os algoritmos inspirados na computação quântica e, mais tarde, pequenos aceleradores quânticos podem ajudar na descoberta de materiais, na simulação de processos e na optimização de concepções. Na cibersegurança, o Governo e o sector financeiro podem calendarizar a transição para a criptografia pós-quântica e testar ligações de comunicação quântica para tráfego sensível. Na saúde, os métodos quânticos poderão ajudar na modelação de proteínas ou na reconstrução de imagens, quando o hardware estiver mais amadurecido. Na energia e na indústria transformadora, processos de trabalho híbridos, que combinem a computação quântica e a clássica, poderão melhorar a programação e a logística em cadeias de abastecimento complexas. Todas estas vias beneficiam de testes antecipados, mesmo antes de existirem grandes máquinas tolerantes a falhas.

O essencial

• Chen Chii-dong, da Academia Sinica, defende que Taiwan construa um computador quântico nacional para impulsionar os avanços no hardware, no software de controlo e nos testes.
• Jeff Lin, do ITRI, apela a um plano nacional centrado em tecnologias fundamentais ligadas à IA, parcerias globais, governação dos riscos e dos dados e uma plataforma de investigação e validação.
• Os pontos fortes de Taiwan no fabrico, na encapsulação e nos testes de chips podem apoiar projectos quânticos supercondutores, de spin em silício e fotónicos.
• A geopolítica está a remodelar as cadeias de abastecimento. Os Estados Unidos e os seus aliados estão a investir e a reforçar os controlos, enquanto a China procura a autossuficiência.
• Taiwan organizou programas nacionais, incluindo o Gabinete do Programa Quântico de Taiwan (2021) e a Equipa Nacional de Tecnologia Quântica (2022), com um orçamento plurianual.
• As principais lacunas incluem infra-estruturas criogénicas limitadas, escassez de equipamento especializado e acesso às fundições. Instalações partilhadas e séries de produção dedicadas podem ajudar.
• O Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia prevê um projecto de integração da computação quântica e da computação de alto desempenho em 2026, para criar um recurso híbrido destinado à investigação e à indústria.
• As aplicações prioritárias incluem investigação e desenvolvimento de materiais e chips, criptografia pós-quântica, comunicações quânticas e optimização das cadeias de abastecimento.