Bir ön analiz, endüstriyel açıdan kullanışlı kuantum bilgisayar tasarımlarının, bazıları mevcut en güçlü süper bilgisayarlardan daha büyük olanlar da dahil olmak üzere geniş bir enerji ayak izi yelpazesine sahip olduğunu gösteriyor.
El Capitan süper bilgisayarı muazzam miktarda güç kullanıyor ve bazı kuantum bilgisayarların daha fazlasına ihtiyacı olabilir
Büyük kuantum bilgisayarlar, en iyi geleneksel süper bilgisayarlar için bile imkansız olan sorunları çözebilir; ancak bunu yapabilmek için bazılarının bu süper bilgisayarlardan çok daha fazla enerjiye ihtiyacı olabilir.
Mevcut kuantum bilgisayarlar nispeten küçüktür ve çoğunda kübit adı verilen binden az yapı taşı bulunur. Ayrıca bu kübitlerin ne kadar kırılgan olması nedeniyle operasyon sırasında hata yapmaya da eğilimlidirler. Bu durum, bu bilgisayarların, ilaç keşfine yardımcı olmak gibi, başarılı oldukları tahmin edilen ekonomik ve endüstriyel açıdan ilgili sorunları çözmede yetersiz kalmasına neden oluyor. Araştırmacılar, gerçekten kullanışlı kuantum bilgisayarların çok daha büyük kübit sayılarına ve hataları düzeltme yeteneğine sahip olması gerektiği konusunda büyük ölçüde hemfikir; bu da onları hataya dayanıklı kuantum bilgisayarları (FTQC’ler) yapıyor. Ancak kısmen rakip tasarımların mevcut olması nedeniyle bu noktaya ulaşmak hala zorlu bir mühendislik mücadelesidir.
Uluslararası bir kuruluş olan Quantum Energy Initiative’den (QEI) Olivier Ezratty, kamu hizmeti ölçeğinde FTQC’ler oluşturmanın gözden kaçan endişelerinden birinin potansiyel enerji tüketimi olduğunu söylüyor. 9 Aralık’ta Kaliforniya, Santa Clara’da düzenlenen Q2B Silikon Vadisi konferansında bunun ön tahminlerini sundu. Çarpıcı bir şekilde, birçok FTQC tasarımı dünyanın en büyük süper bilgisayarlarının enerji ayak izini aştı.
Kaliforniya’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda bulunan dünyanın en hızlı süper bilgisayarı El Capitan’ın yaklaşık 20 megawatt elektrik gücüne ihtiyacı var; bu da yakındaki 88.000 nüfuslu Livermore şehrinin enerji tüketiminin yaklaşık üç katı kadar. Ezratty’nin tahminine göre, FTQC’ler için 4000 mantıksal veya hata düzeltmeli kübite kadar ölçeklendirilmiş iki tasarım daha da fazlasını gerektirecektir. Aralarında en çok güce aç olanların 200 megavat kadar güce ihtiyacı olabilir.
Tahminlerini kamuya açık verilere, kuantum bilgisayar şirketlerinin özel bilgilerine ve teorik modellere dayandıran Ezratty, gelecekteki FTQC’ler için 100 kilowatt ile 200 megawatt arasında değişen geniş bir yelpazedeki olası enerji ayak izlerini belirledi. Ezratty’nin tahminine göre, şu anda geliştirilmekte olan üç FTQC tasarımı, sonuçta 1 megavattan daha az elektrik gerektirecektir; bu, araştırma tesisleri tarafından kullanılan tipik süper bilgisayarlarla karşılaştırılabilecek düzeydedir. Onun görüşüne göre, bu spektrum endüstrinin evrimini etkileyebilir; örneğin, daha az güce aç olan tasarımlar hakim hale gelirse kuantum bilgisayar pazarını daha da büyütebilir.
Öngörülen enerji tüketimindeki büyük fark, öncelikle kuantum bilgisayar firmalarının kübitler oluşturma ve bunları kullanıma sunma konusundaki rekabet yollarının çeşitliliğini yansıtıyor. Bazı durumlarda enerji tüketimi, cihazın farklı parçalarını soğuk tutma ihtiyacından kaynaklanıyor; örneğin ışık kaynaklarının ve dedektörlerinin sıcakken daha az çalıştığı bazı ışık tabanlı kubitler için. Ezratty bunun özellikle güç tüketebileceğini söylüyor. Süper iletken devrelerden yapılan kübitler gibi diğer durumlarda, tüm çiplerin dev buzdolaplarına konulması gerekirken, hapsolmuş iyonlara veya ultra soğuk atomlara dayanan kuantum bilgisayarları, kübitleri kontrol eden lazerler ve mikrodalgalar için enerjiye ihtiyaç duyar.
Süper iletken kuantum bilgisayarları üreten IBM’den Oliver Dial, firmanın büyük ölçekli FTQC’sinin çalışması için 2 veya 3 megavatın biraz altında bir güce ihtiyaç duymasını beklediğini söylüyor. Dial, bunun hiper ölçekli yapay zeka veri merkezleri için ihtiyaç duyulması öngörülen miktarın yalnızca bir kısmı olduğunu ve FTQC’nin mevcut bir süper bilgisayarla entegre edilmesi durumunda daha da düşük olabileceğini söylüyor. Ultracold atoms kuantum hesaplama şirketi QuEra’daki ekip, FTQC’nin Ezratty’nin spektrumunun alt ucuna denk gelen yaklaşık 100 kilovat gerektireceğini tahmin ediyor.
Işık tabanlı kuantum bilgisayarlar üreten Xanadu ve kuantum bilgisayarları süper iletken kubitlere dayanan Google Quantum AI yorum yapmayı reddetti. Işıktan kübit üreten PsiQuantum da yanıt vermedi Yeni Bilim Adamı‘nin yorum talebi.
Ezratty, özellikle kübitlerin kendi hatalarını yakalayıp düzeltmek için ekstra talimatlar aldığı FTQC’ler söz konusu olduğunda, kübitleri yönlendirmek ve izlemek için kullanılan geleneksel elektroniklerle ilgili birçok maliyetin olduğunu söylüyor. Bu, durumu daha da karmaşık hale getiriyor çünkü bu, hata düzeltme algoritmalarının ayrıntılarının da cihazların enerji ayak izine katkıda bulunduğu anlamına geliyor. Ayrıca bir kuantum bilgisayarın bir işlemi tamamlamak için ne kadar süre çalışması gerektiği sorunu da var; çünkü daha az kubit kullanılmasından kaynaklanan enerji tasarrufu, eğer daha uzun süre çalışmaları gerekiyorsa etkisiz hale getirilebilir.
Ezratty, tüm bu faktörleri (kübit yapmanın temel enerji maliyeti, bunları soğutma ve kontrol etme maliyeti ve kuantum yazılımını çalıştırmanın maliyeti ve süresi) çözmek için endüstrinin, makinelerinin enerji ayak izini belirlemek ve raporlamak için standartlar ve kıyaslamalar geliştirmesi gerektiğini söylüyor. Bu QEI’nin misyonunun bir parçasıdır. Hem ABD’de hem de Avrupa Birliği’nde ilgili projelerin yürütüldüğünü söylüyor.
Tıpkı tüm kuantum hesaplama endüstrisinin hala gelişmekte olduğu gibi, Ezratty de çalışmasının erken aşamada olduğunu ve FTQC’nin enerji tüketimini daha iyi anlama ve bunu azaltmak için bu anlayıştan yararlanma çabalarına yol açması gerektiğini söylüyor. “Enerji ayak izinin azaltılmasına yardımcı olabilecek pek çok teknik seçenek var.”
