양자 컴퓨터는 얼마나 전력 효율적입니까?

우리 모두 알다시피, 양자 알고리즘은 고전적인 것보다 더 빠르게 확장됩니다 (적어도 특정 문제의 경우 ) 양자 컴퓨터는 주어진 크기 이상의 입력에 대해 훨씬 적은 수의 논리 연산이 필요합니다.

그러나 논리적 작업 당 전력 소비 측면에서 퀀텀 컴퓨터가 일반 컴퓨터 (오늘날 일반 PC)와 비교되는 방식에 대해서는 일반적으로 논의되지 않았습니다. (양자 컴퓨터의 주요 초점은 데이터를 얼마나 빨리 계산할 수 있는지에 대한 것이기 때문에 이것이 많이 언급되지 않았습니까?)

논리적 연산 당 양자 컴퓨팅이 왜 고전 컴퓨팅보다 다소 전력 효율이 좋은지 설명 할 수 있습니까?

평소와 같이 이렇게 비교하기에는 너무 이릅니다. 장치의 전력 소비는 장치 의 아키텍처에 따라 크게 달라집니다 .

그러나 원칙적으로 양자 컴퓨터가 동일한 작업을 수행하는 기존 장치보다 더 많은 에너지를 소비한다고 의심 할 이유가 없습니다. 실제로 양자 컴퓨터가 대부분 단일 작업을 통해 작동한다는 근본적인 이유는 그 반대 입니다. 단위 조작은 인 가역 말해서, 그 동안 동작, 동작, 또는 어떠한 정보도 환경에 소실되지 않는다 . 이러한 작업은 기본적으로 "완벽하게"에너지 효율적입니다 (열을 발생시키지 않습니다).

따라서 원칙적 으로 단일 연산을 사용하는 양자 알고리즘에서 수행되는 기본 연산은 에너지 효율적일 수 있습니다. 이는 기본 작업이 되돌릴 수 없으므로 모든 작업에 대해 일정량의 정보를 "폐기"하는 기존 장치와는 대조적입니다.

이것을 말하면서 고려해야 할 백만 가지주의 사항이 있습니다. 예를 들어, 실제 세계의 양자 컴퓨터는 분리를 처리해야하므로 작업이 실제로 단일하지 않습니다. 이것은 오류 수정 프로토콜이이를 고려하기 위해 필요하다는 것을 의미하며, 그런 다음이 전체 프로세스의 추가 에너지 소비가 무엇인지 추적해야합니다. 또한, 단일 동작은 에너지 효율적이지만, 실제로 측정 결과를 획득 할 때 측정이 수행되어야하고, 이는 비가역적인 동작으로, 일반적으로 정보를 파괴한다. 이러한 각 측정 후에는 정보 매체를 다시 생성해야합니다. 또한, 많은 양자 컴퓨팅 프로토콜은 반복 측정에 의존 하는 동안계산. 이것은 아직 미지의 영역이기 때문에 계속해서 갈 수 있습니다.

일부 측정에서 전력 소비 문제를 논의하는 최근의 한 연구는 1610.02365 이며, 여기서 저자는 광자 칩을 사용하여 (고전적인 기계 학습) 정보 처리 방법을 제시합니다. 저자의 주장 중 하나는 광자 칩이 코 히어 런트 라이트의 자연적인 진화를 이용하여 매우 에너지 효율적인 방식으로 작업을 수행 할 수 있다는 것입니다. 그들은 어떤 형태의 양자 계산도 보여주지 않지만 , 양자 정보 처리를 위해 같은 장치를 사용할 때 에너지 효율 추론은 크게 변하지 않을 것 입니다.

첫 번째 질문에 대한 대답은 왜 양자와 고전의 에너지 효율이 속도만큼 자주 논의되지 않는가?입니다.

두 번째 질문에 대한 답은 (양자 컴퓨터가 다소 에너지 효율적입니까?) 시간이지나면서 다른 아키텍처의 기술 개발에 의존하기 때문에 변경 될 것입니다.

현재 양자 컴퓨팅은 에너지 효율이 떨어집니다. 최소한의 클래식 컴퓨터는 에너지 측면에서도 매우 저렴하도록 설계 할 수 있습니다 (예 : Raspberry Pi의 경우 1.5W (유휴 상태 일 때 평균)에서 6.7W (최대 스트레스 상태)까지 ). 대조적으로, 오늘날 최소 양자 컴퓨터를 구축하고 운영하는 것은 큐 비트의 수가 100보다 훨씬 적고 최대 작동 횟수가 몇 분의 일에 도달 한 것보다 훨씬 낮은 경우에도 엄청난 에너지 비용을 가진 엔지니어링 업적입니다. 최소한의 클래식 컴퓨터로 두 번째.

앞으로는 기본 사항을 추측하거나 고려할 수 있습니다. 투기를 피하고 기본을 고수합시다.

• 퀀텀 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 에너지 효율이 높아야하는 근본적인 물리적 이유는 없습니다.
• 에너지 효율은 항상 아키텍처와 사용 가능한 기술 솔루션에 따라 달라집니다.
• 에너지 소비를 평가하려면 항상 유휴 소비와 운영 비용을 구분하는 것이 중요합니다.

후자의 요점을 자세히 설명하기 위해 상업 및 학계의 현재 장치는 부피가 크다. ENIAC 크기는 아니지만 큰 냉장고 크기보다 큽니다. 또한 제어를 위해서는 보조 클래식 컴퓨터가 필요합니다. 큐 비트 당 크기는 더 나아질 것으로 예상되지만 보조 클래식 컴퓨터는 필요하지 않습니다.

그러나 직접 전력 외에도 에너지를 요하는 추가 물리적 요구 사항이 있으며 장치를 원하는 양자 영역으로 유지하기 위해 근본적으로 필요합니다. 예를 들어, 오늘날 널리 사용되는 아키텍처에는 몇 켈빈 (Kelvin) 이하의 온도에서 유지해야하는 다양한 솔리드 스테이트 장치가 포함됩니다. 이 온도는 에너지 적 (극저온 가스와 전기 등의 전자 상자성 공명 실험실의 주요 비용 중입니다 액화 매우 비용이 많이 드는 액체 헬륨의 도움으로 달성 일렉트론 자기 공명 MagLab에서 시설 (EMR) 가까이, 또는, 내 경험에 따르면, ICMol 의 펄스 전자 전자기 공명 섹션에서). 나는 이온 / 원자 트랩에 대한 경험이 없으며, 또한 인기있는 아키텍처이므로 고품질 진공을 유지해야하지만 에너지 효율이 더 높을 수도 있습니다.