Benchmark mostra que máquinas atuais ainda precisam ampliar em cerca de 100 mil vezes a capacidade para enfrentar grandes desafios

Computadores quânticos – Um novo benchmark desenvolvido para colocar diferentes computadores quânticos em uma mesma escala identificou diferenças importantes entre sistemas de ponta e mostrou a distância que ainda existe entre as máquinas atuais e algumas das aplicações previstas para a tecnologia.

Chamado de Quantum Universal Operation Performance System (QUOPS), o teste foi desenvolvido por uma equipe liderada pelo Sandia National Laboratories, nos Estados Unidos. A metodologia foi aplicada a sistemas da Google, IBM e Quantinuum para avaliar dois aspectos: a velocidade das operações e o tamanho dos circuitos quânticos que os equipamentos conseguem executar com sucesso.

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O melhor resultado registrado em hardware físico foi de 1.824 QUOPS. Já cálculos considerados grandes desafios para a computação quântica demandariam entre 250 milhões e 340 milhões de QUOPS.

Na prática, os números indicam que os computadores quânticos atuais precisariam ampliar sua capacidade computacional em aproximadamente 100 mil vezes para chegar ao nível necessário para esse tipo de aplicação.

Sistemas apresentam características diferentes

Os resultados variaram bastante entre as máquinas analisadas, em parte por causa das diferentes arquiteturas utilizadas na construção dos computadores.

O Helios-1, processador de íons aprisionados da Quantinuum, conseguiu executar os maiores cálculos entre os sistemas avaliados, com uma pontuação superior a 1.500 QUOPS.

Uma das características dessa arquitetura é a possibilidade de os qubits se comunicarem com qualquer outro qubit, graças à sua disposição flexível. Em contrapartida, o deslocamento dos íons exige tempo, o que torna o sistema mais lento.

Google e IBM utilizam processadores supercondutores, nos quais os qubits ficam organizados em grades rígidas nos chips. Esse modelo limita a comunicação entre determinados qubits, e os sistemas analisados alcançaram aproximadamente 200 QUOPS.

A arquitetura, porém, permite operações mais rápidas. O processador Willow, da Google, chegou a executar 20 milhões de operações por segundo.

Apenas velocidade não determina capacidade

A comparação também evidencia uma limitação de avaliar computadores quânticos somente pela velocidade de suas operações.

Uma máquina pode realizar operações rapidamente, mas ainda ter dificuldades para executar um circuito grande o suficiente para resolver problemas de interesse prático. O QUOPS foi desenvolvido justamente para considerar essa relação entre velocidade e tamanho dos circuitos executados com sucesso.

Entre os desafios associados ao potencial da computação quântica estão a quebra da criptografia RSA-2048, utilizada na segurança digital, e a modelagem de moléculas complexas para aplicações em química.
Segundo os resultados apresentados, esses cálculos exigiriam entre 250 milhões e 340 milhões de QUOPS. O maior desempenho registrado em hardware físico foi de 1.824 QUOPS.

A diferença representa cerca de cinco ordens de magnitude entre a capacidade observada atualmente e a necessária para esses desafios.

Tecnologia ainda precisa avançar

Para reduzir essa distância, os pesquisadores apontam a necessidade de avanços em diferentes áreas. Entre eles estão a redução das taxas de erro, o aumento da quantidade de qubits físicos e o desenvolvimento de arquiteturas mais eficientes.

O estudo aponta que a capacidade computacional precisará crescer em cinco ordens de magnitude, destacando a importância de abordagens de computação quântica tolerantes a falhas.

Os resultados também mostram que as diferentes arquiteturas apresentam vantagens distintas. O Helios-1 conseguiu executar circuitos maiores, mas opera em menor velocidade. Google e IBM, por outro lado, alcançaram velocidades de operação mais elevadas, mas tiveram pontuações QUOPS menores.
Essas diferenças estão relacionadas às escolhas feitas no desenvolvimento de cada sistema e mostram que os computadores quânticos podem apresentar desempenhos distintos dependendo do aspecto analisado.

Benchmark cria uma régua comum

Para os pesquisadores, o QUOPS pode ajudar a acompanhar a evolução da computação quântica de maneira mais transparente.

Em vez de considerar apenas indicadores isolados, como a quantidade de qubits ou a velocidade de determinadas operações, o benchmark busca medir a capacidade efetiva de uma máquina para executar circuitos de tamanho relevante.

A proposta é oferecer uma referência comum para que cientistas e outros envolvidos no desenvolvimento da tecnologia acompanhem o avanço dos sistemas e avaliem de forma independente sua capacidade computacional.

O estudo “Benchmarking the computational power of quantum computers”, que apresenta o benchmark, foi publicado no servidor de preprints arXiv.

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(Com informações de Olhar Digital)

(Foto: Reprodução/Imagem gerada com IA)