A Airbus está ampliando o uso de pesquisas em computação quântica para enfrentar alguns dos problemas mais exigentes em termos computacionais no projeto e operação de aeronaves, incluindo simulações aerodinâmicas e otimização do carregamento de cargas.
O fabricante europeu está realizando atualmente a terceira edição do Airbus Quantum Computing Challenge, desta vez com foco na resolução de equações aerodinâmicas complexas. A iniciativa busca algoritmos quânticos capazes de modelar o fluxo de ar em condições próximas aos limites do envelope de voo de uma aeronave.
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Esses cálculos atualmente são feitos por meio de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) e sistemas de computação de alto desempenho. Segundo a Airbus, uma capacidade computacional maior pode permitir que engenheiros simulem significativamente mais graus de liberdade, aprimorando as informações disponíveis para dimensionamento das estruturas primárias das aeronaves.
A empresa está focada especificamente em solucionadores de equações quânticas, e não na substituição total da computação convencional. A abordagem prevê processadores quânticos trabalhando em conjunto com sistemas clássicos de alto desempenho, assumindo cálculos selecionados em que o número de variáveis torna os métodos convencionais especialmente exigentes.
Computadores quânticos e o carregamento de aeronaves
Outro projeto da Airbus oferece um exemplo mais concreto de onde a tecnologia pode ser empregada futuramente. Em parceria com o National Quantum Computing Centre (NQCC) do Reino Unido, ORCA Computing e 4colors, o fabricante tem estudado como computadores quânticos podem otimizar o carregamento de cargas.
Determinar a melhor forma de carregar uma aeronave envolve muito mais do que apenas encaixar contêineres no espaço disponível. O peso e a posição dos itens afetam o centro de gravidade da aeronave, enquanto restrições estruturais e operacionais acrescentam ainda mais variáveis ao cálculo.
O número de combinações possíveis cresce de forma extremamente rápida à medida que mais contêineres e pacotes individuais são considerados. A Airbus compara a tarefa a um enorme jogo de Tetris, com computadores convencionais incapazes de avaliar exaustivamente todas as possíveis arrumações para cargas suficientemente complexas.
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Pesquisadores desenvolveram algoritmos híbridos clássico-quânticos que dividem o problema em etapas, incluindo a seleção dos dispositivos unitários de carga (ULDs) e a determinação de sua posição dentro da aeronave. Diferentemente de algumas pesquisas quânticas anteriores da Airbus, esses algoritmos já foram testados em hardware quântico real, incluindo sistemas baseados em portas lógicas e fotônicos.
A área de aerodinâmica também avança além dos estudos teóricos. A Airbus participa de um projeto separado do NQCC com a Oxford Ionics e a Quanscient para investigar algoritmos quânticos para simulações CFD e avaliar se a tecnologia pode, no futuro, proporcionar vantagem computacional na análise aerodinâmica.
Dos experimentos às aplicações específicas
A Airbus começou a explorar publicamente a computação quântica para a aviação em 2019, quando lançou seu primeiro Quantum Computing Challenge. O programa inicial abordou diversas aplicações potenciais, incluindo otimização de subida de aeronaves, projeto de asas, dinâmica dos fluidos computacional e carregamento.
Sete anos depois, a pesquisa refinou algumas dessas questões amplas em problemas de engenharia específicos, embora computadores quânticos ainda não substituam os sistemas convencionais usados no projeto das aeronaves da Airbus.
O hardware quântico disponível atualmente ainda é limitado, e demonstrar vantagem sobre métodos de computação já estabelecidos é, por si só, um dos objetivos da pesquisa. Por isso, a Airbus espera que a tecnologia complemente os computadores convencionais em áreas onde o processamento quântico possa agregar valor suficiente, e não que se torne a plataforma padrão para cálculos de engenharia do dia a dia.
O potencial de retorno, no entanto, é significativo para o desenvolvimento de aeronaves. Simulações aerodinâmicas influenciam o projeto estrutural e o desempenho, enquanto uma melhor otimização do carregamento pode aprimorar a distribuição de peso e o posicionamento do centro de gravidade. Ambos são problemas em que até mesmo pequenas melhorias podem impactar a eficiência de uma aeronave ao longo de toda sua vida operacional.
