Alcuni computer quantistici potrebbero richiedere più potenza dei supercomputer

I grandi computer quantistici potrebbero essere in grado di risolvere problemi impossibili anche per i migliori supercomputer convenzionali, ma per farlo alcuni di essi potrebbero richiedere molta più energia di quella che i supercomputer possono gestire.

I computer quantistici esistenti sono relativamente piccoli e la maggior parte contiene meno di mille elementi costitutivi chiamati qubit. Sono anche inclini a commettere errori durante il funzionamento a causa della delicatezza di questi qubit. Ciò lascia questi computer incapaci di risolvere i problemi economicamente e industrialmente rilevanti in cui si prevede eccelleranno, come aiutare la scoperta di farmaci. I ricercatori concordano ampiamente sul fatto che i computer quantistici veramente utili devono avere un numero di qubit radicalmente elevato e la capacità di correggere gli errori, rendendoli computer quantistici tolleranti ai guasti (FTQC). Ma arrivarci è ancora una sfida ingegneristica difficile, in parte perché ci sono così tanti progetti concorrenti.

Olivier Ezrat Ma Iniziativa sull’energia quantistica (QEI)Un’organizzazione internazionale afferma che una preoccupazione trascurata nella realizzazione di FTQC su scala industriale è il loro potenziale consumo di energia. Alla conferenza Q2B della Silicon Valley a Santa Clara, in California, il 9 dicembre, ha presentato La sua stima iniziale. Sorprendentemente, molti progetti FTQC superano l’impronta energetica dei più grandi supercomputer del mondo.

Il supercomputer più veloce del mondo, El Capitan, presso il Lawrence Livermore National Laboratory in California, richiede circa 20 megawatt di energia elettrica, circa tre volte il consumo energetico della vicina città di Livermore, che conta 88.000 abitanti. Secondo la stima di Ezraty, sarà necessario ancora di più per i due progetti per un FTQC scalato a 4000 qubit logici, o con correzione degli errori. I più assetati di energia potrebbero richiedere fino a 200 MW di potenza.

Le sue stime si basano su dati disponibili al pubblico, informazioni proprietarie di aziende di calcolo quantistico e modello teoricoEzerati ha identificato un ampio spettro di potenziali impronte energetiche per i futuri FTQC, che vanno da 100 kW a 200 MW. Nello specifico, secondo le stime di Ezraty, i tre progetti FTQC attualmente in fase di sviluppo richiederanno alla fine meno di 1 megawatt di potenza, che è paragonabile ai tipici supercomputer utilizzati dalle strutture di ricerca. A suo avviso, questo spettro potrebbe influenzare lo sviluppo del settore, ad esempio il mercato dell’informatica quantistica diventerebbe più ampio se i progetti a basso consumo energetico diventassero dominanti.

L’ampia variazione nel consumo energetico stimato riflette in gran parte la diversità dei modi concorrenti in cui le aziende di computer quantistici creano qubit e li mettono in uso. In alcuni casi, il consumo di energia è determinato dalla necessità di mantenere fresche diverse parti del dispositivo, ad esempio per alcuni qubit basati sulla luce in cui la sorgente luminosa e il rilevatore funzionano meno bene quando riscaldati. Ezraty dice che questo può essere particolarmente assetato di potere. In altri casi, come nel caso dei qubit costituiti da circuiti superconduttori, interi chip devono essere alloggiati in frigoriferi giganti, mentre i computer quantistici basati su ioni intrappolati o atomi ultrafreddi richiedono energia per alimentare i laser e le microonde che controllano i qubit.

quadrante Oliver IBM, che produce computer quantistici superconduttori, afferma di aspettarsi che l’FTQC su larga scala dell’azienda avrà bisogno solo di meno di 2 o 3 megawatt per funzionare. Dial afferma che questa è solo una frazione della stima necessaria per i data center AI su vasta scala e potrebbe essere ancora inferiore se FTQC fosse integrato con i supercomputer esistenti. Atomi ultrafreddi Il team della società di calcolo quantistico Qera stima che il suo FTQC richiederà circa 100 kilowatt, che rientra nell’estremità inferiore dello spettro di Ezerati.

Xanadu, che produce computer quantistici basati sulla luce, e Google Quantum AI, i cui computer quantistici sono basati su qubit superconduttori, hanno rifiutato di commentare. PsiQuantum, che crea anche qubit dalla luce, non ha risposto. nuovi scienziatiRichiesta di commento.

Ezratti afferma che ci sono anche una serie di costi associati all’elettronica tradizionale utilizzata per dirigere e monitorare i qubit, soprattutto quando si tratta di FTQC dove i qubit ricevono una guida aggiuntiva per individuare e correggere i loro errori. Ciò rende la situazione ancora più complessa perché significa che anche i dettagli degli algoritmi di correzione degli errori contribuiscono all’impronta energetica dei dispositivi. E poi c’è la questione di quanto tempo deve funzionare un computer quantistico per completare un’operazione, poiché il risparmio energetico derivante dall’utilizzo di un minor numero di qubit potrebbe essere compensato se devono funzionare più a lungo.

Per risolvere tutti questi fattori – il costo energetico di base per produrre qubit, il costo del loro raffreddamento e controllo, e il costo e il tempo di esecuzione del software quantistico – l’industria deve sviluppare standard e parametri di riferimento per determinare e segnalare l’impronta energetica delle sue macchine, dice Ezratti. Questo fa parte della missione del QEI. Dice che progetti correlati sono in corso sia negli Stati Uniti che nell’Unione Europea.

Proprio mentre l’intero settore dell’informatica quantistica è ancora in fase di sviluppo, Ezraty afferma che il suo lavoro è nelle fasi iniziali e dovrebbe guidare gli sforzi per comprendere meglio il consumo energetico di FTQC e utilizzare tale comprensione per ridurlo. “Ci sono molte opzioni tecnologiche che possono contribuire a ridurre l’impronta energetica”.