El Capitan 超級計算機消耗大量電力，而某些量子計算機可能需要更多電力
LLNL/加里·麥克勞德
大型量子計算機可以解決即使是最好的傳統超級計算機也無法解決的問題，但要做到這一點，其中一些可能需要比那些超級計算機更多的功率。
現有的量子計算機非常小，大多數由不到一千個稱為量子位的構建塊組成。由於這些量子位非常脆弱，因此它們在操作過程中很容易出錯。這使得它們無法解決這些計算機應該擅長的經濟和工業相關問題，例如幫助藥物發現。研究人員越來越同意，真正有用的量子計算機必須具有大量的量子比特數和糾正錯誤的能力——使它們成為容錯量子計算機（FTQC）。由於存在如此多的競爭設計，實現這一目標仍然是一項艱鉅的工程挑戰。
奧利弗·埃茲拉蒂 在 量子能源計劃（QEI）作為一家國際公司，在建設公用事業規模的 FTQC 時，一個被忽視的問題是其潛在的能源消耗。 12月9日在加州聖克拉拉舉行的Q2B矽谷會議上， 他提交了 它的基本假設。令人驚訝的是，許多 FTQC 設計超過了世界上最大的超級計算機的功耗。
El Capitan 是位於加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的世界上最快的超級計算機，需要約 20 兆瓦的電力，幾乎是附近擁有 88,000 名居民的利弗莫爾市電力消耗的三倍。 Ezratty 估計需要兩種 FTQC 設計，擴展到 4000 個邏輯或糾錯量子位以及更多。其中最耗電的可能需要200兆瓦的電力。
公開數據、來自量子計算組織的專有信息以及 理論模型Ezraty 已經確定了未來 FTQC 的廣泛能源足跡，範圍從 100 kW 到 200 MW。值得注意的是，Ezratty 估計目前正在開發的三種 FTQC 設計最終將需要不到 1 兆瓦的功率，這與研究機構使用的典型超級計算機相當。在他看來，這種頻譜可能會影響行業的發展，例如，如果耗電量較低的設計占主導地位，則可以擴大量子計算市場。
估計能耗的巨大差異主要反映了量子計算機組織構建和使用量子位的競爭方式的多樣性。在某些情況下，能源消耗是通過保持設備的不同部分保持涼爽來驅動的，例如對於一些基於光的量子位，其中光源和光探測器在溫暖時工作效果較差。埃茲拉蒂說，這特別消耗能量。在其他情況下，對於由超導電路製成的量子位，整個芯片必須安裝在巨型冰箱中，而基於捕獲離子或超冷原子的量子計算機需要電力來為控制量子位的激光器和微波供電。
奧利弗·戴爾 在製造超導量子計算機的 IBM，他表示他認為該公司的大規模 FTQC 將需要不到 2 或 3 兆瓦的電力來運行。 Dial 表示，這只是超大規模人工智能數據中心預計需求的一小部分，如果 FTQC 與現有超級計算機集成，數量可能會更少。超冷原子量子計算公司 QuEra 的團隊估計，其 FTQC 將需要約 100 千瓦的功率，屬於 Ezraty 頻譜的低端。
製造基於光的量子計算機的 Xanadu 和基於超導量子位的量子計算機的 Google Quantum AI 拒絕發表評論。同樣利用光製造量子位的 PsiQuantum 沒有對此做出回應 一位新科學家請求評論。
Ezraty 表示，用於引導和監控量子位的傳統電子設備還存在許多成本，尤其是在 FTQC 中，量子位可以獲得額外的指示來捕獲和糾正自身錯誤。這使情況進一步複雜化，因為糾錯算法的細節也會影響設備的能源足跡。還有一個問題是量子計算機需要運行多長時間才能完成操作，因為使用較少量子位所節省的能源可以通過運行更長時間來抵消。
埃茲拉蒂說，行業需要製定標準和基準來確定和報告其機器的能源足跡，以理清所有這些因素——製造量子位的基本能源成本、冷卻和控制量子位的成本，以及運行量子軟件的成本和時間。這是 QEI 使命的一部分。他說，美國和歐盟正在進行相關項目。
由於整個量子計算行業仍在發展，Ezrati 表示，他的工作還處於早期階段，應該努力更好地了解 FTQC 的能源消耗，並通過這種了解來減少能源消耗。 “有很多很多技術選擇可以有效減少能量足跡。”
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