Alguns computadores quânticos podem exigir mais energia do que supercomputadores

Grandes computadores quânticos têm potencial para resolver problemas impossíveis mesmo com os melhores supercomputadores convencionais. Mas alguns podem exigir muito mais energia para fazer isso do que os supercomputadores.

Os computadores quânticos existentes são relativamente pequenos, com a maioria tendo menos de 1.000 blocos de construção chamados qubits. Qubits também são muito frágeis e sujeitos a erros durante a operação. Isto deixa estes computadores incapazes de resolver problemas económica e industrialmente relevantes nos quais se previa serem bons, como ajudar na descoberta de medicamentos. Os pesquisadores geralmente concordam que um computador quântico verdadeiramente útil precisará de um número fundamentalmente maior de qubits e recursos de correção de erros, tornando-o um computador quântico tolerante a falhas (FTQC). Mas chegar lá continua a ser um difícil desafio de engenharia, em parte porque existem vários projetos concorrentes.

Olivier Ezraty em Iniciativa de Energia Quântica (QEI)Organizações internacionais dizem que uma das preocupações negligenciadas na construção de FTQCs em escala de utilidade pública é o consumo potencial de energia. Na Conferência Q2B do Vale do Silício realizada em Santa Clara, Califórnia, em 9 de dezembro, ele apresentou Essa estimativa preliminar. Notavelmente, alguns projetos de FTQC excederam o consumo de energia dos maiores supercomputadores do mundo.

O supercomputador mais rápido do mundo, El Capitan, localizado no Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia, requer cerca de 20 megawatts de eletricidade, cerca de três vezes o consumo de energia da vizinha Livermore, uma cidade de 88 mil habitantes. Ezratty estima que dois projetos de FTQC que escalam até 4.000 qubits lógicos, ou qubits de correção de erros, exigirão ainda mais qubits. Os que mais consomem energia podem exigir até 200 megawatts de energia.

Suas estimativas são baseadas em dados disponíveis publicamente, informações proprietárias de empresas de computação quântica e modelo teóricoEzratty identificou uma ampla gama de possíveis pegadas energéticas para futuros FTQCs, de 100 quilowatts a 200 megawatts. Notavelmente, Ezratti estima que os três projetos de FTQC atualmente em desenvolvimento exigirão, em última instância, menos de 1 megawatt de energia, comparável a um supercomputador típico usado em um laboratório de pesquisa. Na sua opinião, este espectro poderia influenciar a forma como a indústria evolui, por exemplo, expandindo ainda mais o mercado de computação quântica à medida que os designs de baixo consumo de energia se tornam dominantes.

As grandes diferenças no consumo de energia projetado refletem principalmente a diversidade de formas concorrentes pelas quais as empresas de computadores quânticos constroem e usam qubits. Em alguns casos, o consumo de energia aumenta devido à necessidade de manter frias diferentes partes do dispositivo. Por exemplo, alguns qubits baseados em luz não funcionam bem quando a fonte de luz e o detector estão quentes. Ezratty diz que isso pode consumir muita energia. Outros casos, como os qubits feitos com circuitos supercondutores, exigem que todo o chip seja colocado num frigorífico gigante, enquanto os computadores quânticos baseados em iões presos ou átomos ultrafrios requerem energia dos lasers ou microondas que controlam os qubits.

mostrador oliver Ele, da IBM, que fabrica computadores quânticos supercondutores, disse que espera que o FTQC de grande escala de sua empresa exija pouco menos de 2 a 3 megawatts de energia para operar. Dial disse que isso é apenas uma fração do que se espera que seja necessário para um data center de IA em hiperescala e poderia ser ainda menor se o FTQC fosse integrado aos supercomputadores existentes. Uma equipe da empresa de computação quântica atômica ultracold QuEra estima que seu FTQC requer cerca de 100 quilowatts, o que está na extremidade inferior do espectro de Ezratti.

A Xanadu, que desenvolve computadores quânticos baseados em luz, e o Google Quantum AI, cujos computadores quânticos são baseados em qubits supercondutores, não quiseram comentar. O PsiQuantum também cria qubits a partir da luz, mas eles não responderam. novo cientistaEste é um pedido de comentário de .

Ezratti disse que também há muitos custos associados à eletrônica tradicional usada para direcionar e monitorar qubits, especialmente quando se trata de FTQC, onde os qubits recebem instruções adicionais para detectar e corrigir seus próprios erros. Isto complica ainda mais a situação porque significa que os detalhes do algoritmo de correção de erros também contribuem para a pegada energética do dispositivo. Há também a questão de quanto tempo um computador quântico precisa para executar uma operação para concluí-la. Isso ocorre porque a economia de energia obtida com o uso de menos qubits pode ser compensada se for necessário funcionar por mais tempo.

Para ter em conta todos estes factores (o custo energético fundamental da criação de um qubit, o custo de arrefecimento e controlo do qubit, e o custo e tempo para executar software quântico), a indústria precisa de desenvolver padrões e referências para determinar e reportar a pegada energética das máquinas, diz Ezratti. Isto faz parte da missão do QEI. Ele disse que projetos relacionados estão em andamento nos Estados Unidos e na União Europeia.

Assim como a indústria de computação quântica como um todo ainda está em sua infância, Ezratti disse que sua pesquisa está em seus estágios iniciais e deve levar a esforços para compreender melhor o consumo de energia do FTQC e aproveitar esse entendimento para reduzir o consumo de energia. “Há um grande número de opções tecnológicas que podem favorecer a redução do consumo de energia.”