Novo benchmark revela computadores quânticos ainda 100 mil vezes mais fracos que o necessário

Um novo teste de desempenho colocou lado a lado os computadores quânticos mais avançados do mundo e revelou uma verdade incômoda: a tecnologia ainda está aproximadamente 100 mil vezes mais fraca do que precisaria ser para resolver os problemas pelos quais foi desenvolvida.

O teste, chamado Quantum Universal Operation Performance System (QUOPS), foi criado por pesquisadores do Sandia National Laboratories, nos Estados Unidos. A equipe aplicou o benchmark a máquinas da Google, IBM e Quantinuum, medindo não apenas a velocidade das máquinas, mas também o tamanho dos circuitos quânticos que conseguem executar com sucesso. O resultado mais importante é direto: o melhor desempenho registrado em hardware físico alcançou 1.824 QUOPS. Problemas considerados grandes desafios para a computação quântica — como quebrar a criptografia RSA-2048 ou modelar moléculas complexas para aplicações em química — exigiriam entre 250 milhões e 340 milhões de QUOPS. A diferença é de cinco ordens de magnitude.

Até agora, não havia uma maneira padronizada de comparar o poder computacional de diferentes sistemas quânticos usando a mesma escala. Os métodos tradicionais avaliavam características isoladas: a quantidade de qubits, as taxas de erro de operações específicas. O QUOPS adota uma abordagem diferente. O teste executa padrões aleatórios de operações entre qubits que funcionam como representações de circuitos semelhantes aos utilizados em cálculos científicos reais. Dessa maneira, o benchmark mede o tamanho dos maiores circuitos computacionalmente relevantes que uma máquina consegue executar corretamente, além da velocidade com que realiza essas operações. A ideia é oferecer uma comparação mais direta entre arquiteturas diferentes.

Os testes mostraram diferenças consideráveis entre os computadores analisados, relacionadas às próprias arquiteturas utilizadas para construí-los. O Helios-1, processador de íons aprisionados da Quantinuum, foi capaz de lidar com os maiores cálculos entre os sistemas avaliados, alcançando uma pontuação superior a 1.500 QUOPS. Uma das vantagens dessa arquitetura é a disposição flexível dos qubits, que permite que eles se comuniquem com qualquer outro qubit. O problema é que o deslocamento dos íons leva tempo, tornando o sistema relativamente lento. Os processadores supercondutores da Google e da IBM seguem uma estratégia diferente. Neles, os qubits são organizados em grades rígidas nos chips, o que limita a comunicação entre determinados qubits. Como consequência, os sistemas apresentaram pontuações de aproximadamente 200 QUOPS. Por outro lado, as máquinas supercondutoras são consideravelmente mais rápidas. O processador Willow, do Google, chegou a executar 20 milhões de operações por segundo.

Os resultados também mostram por que medir apenas a velocidade de um computador quântico pode ser enganoso. Uma máquina pode executar operações muito rapidamente, mas ainda assim não conseguir realizar um circuito suficientemente grande para solucionar um problema útil. É justamente essa diferença que o QUOPS procura capturar. Uma máquina rápida que não consegue executar circuitos grandes não resolve os problemas para os quais a computação quântica foi desenvolvida.

Fechar esse enorme intervalo exigirá avanços em diferentes aspectos da tecnologia. De acordo com o estudo, será necessário reduzir significativamente as taxas de erro, aumentar o número de qubits físicos ou desenvolver arquiteturas de computadores quânticos mais eficientes. Os autores reforçam a importância de abordagens de computação quântica tolerantes a falhas — sistemas que conseguem manter a precisão mesmo quando componentes individuais falham.

A comparação também evidencia que não existe uma arquitetura claramente superior em todos os aspectos avaliados. O Helios-1 conseguiu executar circuitos maiores, mas é mais lento. Google e IBM alcançaram velocidades de operação muito maiores, mas tiveram pontuações QUOPS menores. Essas diferenças estão diretamente relacionadas às escolhas feitas no desenvolvimento de cada sistema — cada fabricante fez compromissos diferentes entre velocidade e capacidade de circuito.

Para os pesquisadores, uma régua comum pode ajudar a acompanhar de maneira mais transparente a evolução da computação quântica. Em vez de analisar apenas números isolados, o QUOPS procura medir a capacidade efetiva das máquinas de executar circuitos de tamanho relevante. O objetivo é permitir que cientistas e outros envolvidos no desenvolvimento da tecnologia acompanhem o progresso dos sistemas e verifiquem de maneira independente sua capacidade computacional — criando um padrão que torna impossível exagerar o que as máquinas conseguem realmente fazer.