В нескольких словах
Квантовые компьютеры на текущем этапе разработки потребляют больше энергии, чем классические, в основном из-за необходимости охлаждения и коррекции ошибок. Однако в будущем, с развитием технологий, оптимизированные квантовые компьютеры станут гораздо эффективнее классических в решении сложных задач, недоступных для обычных компьютеров.
Сложно ответить на вопрос в заголовке, потому что квантовые вычисления все еще находятся в стадии разработки.
Чтобы вы понимали, сейчас у нас есть небольшие квантовые компьютеры с большим количеством ошибок. У нас пока нет отказоустойчивого квантового компьютера, то есть такого, который был бы способен выполнять операции, в которых мы уверены на 100%, и который позволил бы нам эффективно решать актуальные проблемы.
Ошибки возникают из-за того, что квантовая природа очень хрупкая. Квантовые состояния состоят из суперпозиции состояний (например, нескольких различных положений), и в момент взаимодействия со средой они теряют эту суперпозицию, что означает исчезновение содержащейся в них информации. Поэтому квантовые системы, которыми мы можем управлять, малы и должны находиться при очень низкой температуре. Основной источник энергозатрат квантовых вычислений в настоящее время связан с поддержанием этих систем достаточно холодными, очень близкими к абсолютному нулю (около -273ºC), и системами управления, которые используются для стабилизации квантовых состояний. Но выполнение самих квантовых операций требует практически столько же энергии, сколько и современный классический компьютер.
Даже в этих условиях квантовые состояния остаются хрупкими, поэтому нам нужна так называемая коррекция ошибок. Эта коррекция ошибок осуществляется путем добавления большего количества кубитов, которые являются квантовым эквивалентом обычной вычислительной техники, так что часть этих кубитов используется для коррекции тех, которые предназначены для выполнения вычислений. Вам нужно много физических кубитов, чтобы работал один логический кубит.
Подробнее
В тот момент, когда мы преодолеем это технологическое препятствие, мы сможем решать проблемы, которые классический компьютер не может решить, так что и тогда не имело бы смысла сравнивать энергозатраты одного и другого. Сколько бы ни потреблял, квантовый компьютер будет гораздо эффективнее в том смысле, что будет решать проблемы, невозможные для классического компьютера. Если сейчас вы поставите квантовый компьютер решать любую простую задачу, он потратит гораздо больше, чем обычный, но квантовые компьютеры не будут использоваться для такого рода задач. Это было бы похоже на то, как если бы вы попытались использовать прожектор футбольного стадиона для освещения своей гостиной.
Будут ли через 10 лет персональные квантовые компьютеры?
Несмотря на все эти соображения, я могу привести цифры. Портативный компьютер может иметь мощность около 60 ватт. И мощность пропорциональна потребляемой энергии. 60 ватт — это типичная мощность старой лампочки накаливания. Если мы посмотрим на квантовые компьютеры, то это будет около 20 киловатт, то есть 20 000 ватт (точное число зависит от физической реализации, поскольку существует несколько технологий в разработке). Это означает, что если я поставлю его решать задачу, и это займет час, портативный компьютер потратит 60 ватт-часов энергии, а если я сделаю это на квантовом компьютере, он потребит 20 000 ватт-часов. Квантовый компьютер тратит гораздо больше. Но, кроме того, в проведенных тестах квантовый компьютер тратит гораздо больше времени на решение простой задачи, чем классический компьютер, потому что квантовый компьютер еще не оптимизирован. Сейчас они совсем не эффективны, но они станут таковыми.
Другой интересный вопрос заключается в том, что с классическим компьютером вычислительная мощность увеличивается линейно с увеличением количества процессоров, то есть, если вы поставите вдвое больше процессоров, вы получите вдвое большую вычислительную мощность. Но в квантовом компьютере мощность растет экспоненциально: если у вас есть пять кубитов, вы можете управлять 25 состояниями, но с десятью кубитами у вас есть 210. Разница огромна. Чтобы использовать весь этот потенциал, нам понадобятся специальные алгоритмы.
Отвечая на ваш вопрос, я могу сказать, что когда у нас будут оптимизированные квантовые компьютеры, то есть отказоустойчивые и с более эффективными системами охлаждения и управления, их потребление не будет ограничивающим фактором.
Мария Хосе Кальдерон Прието — доктор физических наук, научный сотрудник Института материаловедения Мадрида CSIC и директор университетской магистерской программы UIMP-CSIC по квантовым технологиям.
Координация и редакция: Виктория Торо.
Вопрос прислал Омар Каррильо.
Nosotras respondemos — еженедельная научная консультация, спонсируемая программой L’Oréal-Unesco «Для женщин в науке» и Bristol Myers Squibb, которая отвечает на вопросы читателей о науке и технологиях. На эти вопросы отвечают ученые и технологи, члены AMIT (Ассоциации женщин-исследователей и технологов). Присылайте свои вопросы на или через X .
