Знания, которые мы можем почерпнуть из этих симуляций, являются ключевыми, например, для создания более качественных аккумуляторов. Более качественные аккумуляторы – это путь к усовершенствованным средствам хранения энергии, более совершенным электромобилям и электрификации коммерческих самолетов. И разработка аккумуляторов – это всего лишь один из примеров. Квантовые компьютеры также могут быть использованы для поддержки разработки новых ключевых технологий, таких как реактивные двигатели, путем расширения наших существующих возможностей высокопроизводительных компьютеров.
Существует множество вариантов использования квантовых компьютеров, связанных с климатом. Каждый из них по отдельности может помочь сократить эквивалентные выбросы CO2. Если сложить все возможные варианты использования вместе, сокращение будет более заметным. Но нам нужно действовать быстро, потому что последствия изменения климата проявляются уже сейчас, и мы все еще не понимаем их последствий для нашего будущего.
“Двигаться быстро” для меня означает обеспечить, чтобы первое поколение квантовых компьютеров, интегрированных в HPC, было способно эффективно моделировать квантовые процессы. Слово "эффективный" является ключевым: мы хотим выполнять вычисления быстрее и с меньшими затратами энергии, чем классические компьютеры.
Интересно посмотреть, как скорость и энергопотребление связаны с одним из ключевых аспектов квантовых вычислений: как мы выполняем квантовую коррекцию ошибок. Строительные блоки каждого квантового компьютера, кубиты, подвержены ошибкам до такой степени, что их невозможно использовать для выполнения каких-либо ценных вычислений (при условии, что эти кубиты предоставлены сами себе). Эти ошибки можно исправить, добавив избыточности в процесс и сгруппировав кубиты вместе (т.е. преобразовав множество физических кубитов в один “логический” кубит). Логические кубиты можно сделать (почти) безошибочными и использовать для выполнения все более сложных вычислений. Но этот процесс квантовой коррекции ошибок, хотя и необходим, сопряжен со снижением скорости вычислений и повышенным энергопотреблением, и мы должны тщательно контролировать эти издержки. Общая скорость вычислений значительно снижается из-за временной избыточности. Кубиты должны быть измерены и обработаны несколько раз, чтобы выполнить один этап вычисления. Как показывает практика, если мы можем выполнить одно и то же безошибочное (почти) вычисление с меньшим количеством кубитов, мы также сокращаем общее время выполнения. Это непросто. Для получения большего количества кубитов из меньшего количества кубитов требуется создание улучшенных или новых решений для кубитов, достаточно быстрых компонентов для идентификации ошибок, понимание того, как эффективно реализовать каждый этап вычислений и как оптимизировать процесс измерения кубитов и манипулирования ими. Кроме того, потребление энергии системой в единицу времени неизбежно увеличивается за счет добавления уровня коррекции ошибок. Здесь важно то, сколько кубитов задействовано в процессе. Для работы и манипулирования каждым кубитом требуется энергия. Для сверхпроводящих систем (один из ведущих типов квантовых компьютеров) каждый кубит увеличивает общее энергопотребление примерно на 10 Вт (в основном в цепочках передачи данных от цифроаналоговой к аналоговой и от аналогово-цифровой к радиочастотной). Мы прогнозируем, что для выполнения эффективных вычислений потребуется от 10 000 до 100 000 кубитов, что потребует 1 МВт энергии. Мы можем снизить затраты на каждый кубит, например, путем разработки маломощной электроники для обнаружения ошибок и управления кубитами. Мы также можем принимать разумные проектные решения, оценивая общую производительность интеграции. Таким образом, мы можем создать квантовые компьютеры, которые помогут решить проблемы, связанные с изменением климата, без чрезмерного выброса CO2 в атмосферу. Любая другая стратегия была бы бессмысленной. Однако мы уже видели, как этот сценарий реализуется с другими технологиями, такими как искусственный интеллект, которые изначально были сосредоточены исключительно на производительности вычислений, а затем были оптимизированы для снижения энергопотребления. Сообщество квантовых вычислений должно извлечь уроки из этой недальновидности. Мы должны с самого начала уделять особое внимание эффективности и быстродействию квантовых компьютеров. Это продуманная долгосрочная стратегия, которая откроет дорогу квантовым компьютерам, поскольку они продолжают совершенствоваться в настоящее время, без каких-либо неприятных сюрпризов в отношении энергопотребления в будущем. Это, в свою очередь, ускорит разработку квантовых компьютеров, позволив им обогнать классические компьютеры по показателю производительности на ватт и быстрее раскрыть больше возможностей использования, связанных, в том числе, с прогнозированием климата.
Источник: https://www.embedded.com/designing-quantum-computers-with-energy-efficiency-in-mind/
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
