คอมพิวเตอร์ควอนตัมประหยัดพลังงานเป็นอย่างไร?

ดังที่เราทราบกันดีว่าอัลกอริธึมเชิงควอนตัมจะขยายได้เร็วกว่าคลาสสิก (อย่างน้อยสำหรับส่วนของปัญหาที่แน่นอน ) ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะต้องมีการปฏิบัติการเชิงตรรกะจำนวนน้อยกว่าสำหรับอินพุตด้านบน

อย่างไรก็ตามมันไม่ได้กล่าวถึงกันโดยทั่วไปว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมเปรียบเทียบกับคอมพิวเตอร์ทั่วไป (พีซีปกติวันนี้) ในแง่ของการใช้พลังงานต่อการดำเนินงานเชิงตรรกะ (สิ่งนี้ไม่ได้ถูกพูดถึงมากนักเพราะจุดสนใจหลักของคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือความเร็วในการคำนวณข้อมูลได้เร็วแค่ไหน?)

บางคนสามารถอธิบายได้หรือไม่ว่าทำไมการคำนวณควอนตัมจึงมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากกว่าหรือน้อยกว่าการคำนวณแบบดั้งเดิมต่อการดำเนินการเชิงตรรกะ

ตามปกติมันเร็วเกินไปที่จะทำการเปรียบเทียบเช่นนี้ การใช้พลังงานของอุปกรณ์ที่จะขึ้นอย่างมากเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมที่ใช้สำหรับหนึ่ง

อย่างไรก็ตามตามหลักการแล้วไม่มีเหตุผลที่จะสงสัยว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะใช้พลังงานมากกว่าอุปกรณ์แบบดั้งเดิมที่ใช้การทำงานแบบเดียวกัน อันที่จริงใคร ๆ ก็คาดหวังตรงกันข้ามเหตุผลพื้นฐานที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงาน (ส่วนใหญ่) ผ่านการดำเนินการแบบรวม รวมการดำเนินงานเป็นแบบพลิกกลับได้ดำเนินการหรือในคำอื่น ๆ ที่ดำเนินการในช่วงซึ่งไม่มีข้อมูลจะหายไปกับสภาพแวดล้อม การดำเนินการดังกล่าวนั้นโดยทั่วไปแล้วเป็นการประหยัดพลังงานอย่างสมบูรณ์แบบ (อย่างใดอย่างหนึ่งก็จะไม่ผลิตความร้อน)

ดังนั้นโดยหลักการแล้วการปฏิบัติการเบื้องต้นที่ดำเนินการในขั้นตอนวิธีควอนตัมซึ่งใช้การดำเนินงานแบบรวมสามารถประหยัดพลังงานได้อย่างดีเยี่ยม ตรงข้ามกับสิ่งที่คุณมีกับอุปกรณ์แบบคลาสสิกซึ่งการดำเนินงานขั้นพื้นฐานนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้และดังนั้นจึงจำเป็นต้อง "เสีย" ข้อมูลจำนวนหนึ่งสำหรับทุกการทำงาน

ต้องบอกว่ามีข้อควรพิจารณาเป็นล้านประการ ยกตัวอย่างเช่นคอมพิวเตอร์ควอนตัมในโลกแห่งความเป็นจริงจะต้องจัดการกับ decoherence เพื่อให้การดำเนินงานไม่ได้รวมกันจริงๆ นี่หมายความว่าโปรโตคอลการแก้ไขข้อผิดพลาดจำเป็นต้องนำมาพิจารณาและจากนั้นควรไปและติดตามสิ่งที่เป็นการเพิ่มการใช้พลังงานของกระบวนการทั้งหมดนี้ นอกจากนี้ในขณะที่การทำงานแบบรวมกันนั้นมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานในทางปฏิบัติเมื่อมีใครได้ผลลัพธ์ของการวัดก็ต้องทำการวัดและสิ่งเหล่านี้เป็นการปฏิบัติการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ซึ่งมักทำลายข้อมูล หลังจากการวัดแต่ละครั้งผู้ใช้จะต้องสร้างผู้ให้บริการข้อมูลอีกครั้ง นอกจากนี้โปรโตคอลการคำนวณควอนตัมจำนวนมากยังขึ้นอยู่กับการวัดซ้ำในช่วงการคำนวณ บางคนสามารถไปเรื่อย ๆ ได้เพราะนี่เป็นดินแดนที่ไม่จดที่แผนที่มากนัก

งานล่าสุดหนึ่งที่กล่าวถึงในบางวัดปัญหาการใช้พลังงานคือ1610.02365ซึ่งผู้เขียนนำเสนอวิธีการ (การเรียนรู้เครื่องคลาสสิก) การประมวลผลข้อมูลโดยใช้ชิปโทนิค ข้อเรียกร้องของผู้เขียนคนหนึ่งคือชิปโทนิคช่วยให้การดำเนินการในวิธีที่มีประสิทธิภาพพลังงานอย่างมากการใช้ประโยชน์จากวิวัฒนาการตามธรรมชาติของแสงที่สอดคล้องกัน พวกเขาไม่ได้แสดงการคำนวณควอนตัมในรูปแบบใด ๆแต่เหตุผลประสิทธิภาพการใช้พลังงานของพวกเขาจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเมื่อใช้อุปกรณ์เดียวกันสำหรับการประมวลผลข้อมูลควอนตัม

คำตอบของคำถามแรก (ทำไมประสิทธิภาพการใช้พลังงานในควอนตัมกับคลาสสิกไม่ได้พูดถึงบ่อยเท่าความเร็ว?) คือ: ส่วนหนึ่งเป็นเพราะปัญหาไม่ได้รับการตอบสนองน้อยลงและส่วนหนึ่งเป็นเพราะคำตอบนั้นน้อย

คำตอบของคำถามที่สอง (คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมากกว่าหรือน้อยกว่าพลังกระฉับกระเฉงหรือไม่) จะเปลี่ยนไปตามกาลเวลาเนื่องจากมันขึ้นอยู่กับการพัฒนาเทคโนโลยีของสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน

ในปัจจุบันการคำนวณควอนตัมมีประสิทธิภาพน้อยกว่าพลังอย่างเห็นได้ชัด คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกขั้นต่ำสามารถออกแบบให้มีราคาถูกมากและในแง่ของพลังงาน (เช่น 1.5 W (โดยเฉลี่ยเมื่อไม่ได้ใช้งาน) ถึง 6.7 W (สูงสุดภายใต้ความเครียด) สำหรับRaspberry Pi ) ในทางตรงกันข้ามการสร้างและใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมขั้นต่ำในวันนี้คือความสามารถทางวิศวกรรมที่มีต้นทุนพลังงานที่ส่ายแม้ว่าจำนวนของ qubits จะต่ำกว่า 100 และจำนวนการดำเนินการสูงสุดคือคำสั่งของขนาดที่ต่ำกว่า ที่สองโดยคอมพิวเตอร์คลาสสิคน้อยที่สุด

ในอนาคตเราสามารถคาดเดาหรือพิจารณาปัจจัยพื้นฐานได้ ให้เราหลีกเลี่ยงการเก็งกำไรและยึดติดกับปัจจัยพื้นฐาน:

• ไม่มีเหตุผลทางกายภาพขั้นพื้นฐานสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่จะใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าหรือน้อยกว่าแบบดั้งเดิม
• ประสิทธิภาพการใช้พลังงานจะขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมและโซลูชั่นทางเทคโนโลยีที่มีอยู่เสมอ
• ในการประเมินการใช้พลังงานมันเป็นสิ่งสำคัญเสมอที่จะแยกแยะระหว่างการใช้งานกับค่าใช้จ่าย

ในการอธิบายอย่างละเอียดในจุดหลังอุปกรณ์ในปัจจุบันทั้งในเชิงพาณิชย์และเชิงวิชาการมีขนาดใหญ่ ไม่ใช่ขนาด ENIAC แต่มีขนาดใหญ่กว่าตู้เย็นขนาดใหญ่ นอกจากนี้เพื่อที่จะควบคุมพวกเขาต้องการคอมพิวเตอร์แบบเสริม ขนาดต่อควิบิตคาดว่าจะดีขึ้นความต้องการคอมพิวเตอร์เสริมแบบคลาสสิกไม่ใช่

แต่นอกเหนือจากพลังงานไฟฟ้าโดยตรงแล้วยังมีข้อกำหนดทางกายภาพเพิ่มเติมซึ่งต้องใช้พลังงานและมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องรักษาอุปกรณ์ไว้ในระบบควอนตัมที่ต้องการ ตัวอย่างเช่นสถาปัตยกรรมที่เป็นที่นิยมในปัจจุบันมีอุปกรณ์โซลิดสเตตที่แตกต่างกันซึ่งจำเป็นต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิของเคลวินไม่กี่หรือต่ำกว่า อุณหภูมิเหล่านี้จะประสบความสำเร็จด้วยความช่วยเหลือของฮีเลียมเหลวซึ่งเป็นพลังมากค่าใช้จ่าย liquify (ก๊าซก๊าซและไฟฟ้าเป็นหนึ่งในค่าใช้จ่ายหลักในห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์ paramagnetic Resonance เช่นอิเล็กตรอนแม่เหล็กสิ่งอำนวยความสะดวก (EMR) ที่ MagLabหรือใกล้ชิด จากประสบการณ์ของฉันในส่วนElecton Paramagnetic Resonance ที่พัลส์ที่ICMol) ฉันไม่เคยมีประสบการณ์กับกับดักอิออน / อะตอมซึ่งเป็นสถาปัตยกรรมยอดนิยมดังนั้นในขณะที่พวกเขาต้องการสูญญากาศคุณภาพสูงเพราะฉันรู้ว่าอาจเป็นได้ว่าสิ่งเหล่านี้มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากกว่า