量子コンピュータの二重の省エネの可能性

量子コンピュータは、従来のコンピュータよりも少ないエネルギーで、より効率的な技術を開発する方法を提供します。

量子コンピュータは、従来のコンピュータでは解決できない難題を効率的に解決するだけでなく、エネルギー効率の高い新しい技術の開発を可能にすることで、私たちの世界に革命をもたらすと期待されています。エネルギー節約に対するこの 2 つのアプローチ (コンピューティング効率の向上と革新的な省エネ技術の推進) により、高性能コンピューティングとエネルギー節約の状況が再定義されます。

新たな省エネ技術の実現

量子コンピュータは並外れた計算能力を備えているため、新たな省エネ技術の発見と開発を加速できる可能性がある。例えば、より効率的な電気自動車用バッテリーの開発、アンモニア生産プロセスのより深い理解、物流ルートの最適化によるエネルギー節約、より効率的な太陽電池の開発につながる可能性があります。

その潜在能力が完全に発揮されるのはまだ数十年先だが、最近の進歩は、2020年代から2030年代初めに稼働を開始する初期の機械が、地球温暖化と戦う最も影響力のある技術のいくつかに大きく貢献する可能性があることを示唆している。

量子コンピューティングは、グリーンアンモニア生産、グリーン水素エネルギー、炭素回収のための新しい触媒の開発に可能性を秘めています。また、新素材の開発や流体力学と物流の最適化における量子コンピューティングの役割についても説明します。

電気自動車の分野では、量子コンピュータは、より高いエネルギー密度とより速い充電時間を備えたバッテリーの設計に役立ち、電気自動車の走行距離と使いやすさを大幅に向上させる可能性があります。

物流分野では、量子コンピュータによってルートを最適化し、車両の移動距離を短縮することで、燃料を節約できる可能性がある。再生可能エネルギー分野では、より効率的な太陽電池の設計、エネルギー変換効率の向上、そして太陽エネルギーを化石燃料のより現実的な代替手段にすることに貢献する可能性があります。

量子コンピュータのエネルギー効率

それでは、量子コンピュータ自体のエネルギー効率を見てみましょう。 「Top500」に挙げられている世界で最も強力なスーパーコンピューターは、膨大な量のエネルギーを消費し、その一部は30メガワットに迫ります。

たとえば、オークリッジ国立研究所のフロンティア スーパーコンピューターを動作させるには 21.1 メガワットが必要です。このコンピューターのエネルギーコストは年間 2,300 万ドルを超えます。

比較すると、世界最大級の公共コンピュータの 1 つである QuEra の 256 量子ビット Aquila 中性原子量子コンピュータの消費電力は 7 キロワット未満で、この強力な従来のスーパーコンピュータの消費電力の 0.05% 未満です。 QuEra コンピューターは非常に効率的ですが、IBM、Rigetti、Google、D-Wave などのメーカーの量子コンピューターも約 10 ～ 25 kW を消費します。

スーパーコンピュータは、本質的には相互接続された CPU (中央処理装置) と GPU (グラフィックス処理装置) のネットワークです。スーパーコンピュータの計算能力と電力消費は、これらのプロセッサの数にほぼ比例して増加します。基本的に、計算速度を 2 倍にするには、プロセッサの数を約 2 倍にする必要があります。

対照的に、量子コンピュータの計算能力は、重ね合わせやエンタングルメントという量子現象のおかげで、量子ビットの数に応じて指数関数的に増加します。この指数関数的な成長は、量子コンピュータがスーパーコンピュータの計算能力を上回る可能性を裏付けています。

さらに、計算能力の指数関数的な増加は、量子コンピュータの電力消費の同様の増加にはつながりません。したがって、量子コンピュータは、同等かそれ以上の計算性能を提供しながらも、スーパーコンピュータよりも電力効率が高いままであると期待されています。

もちろん、QuEra の 7kW 256 量子ビット コンピューターはまだ Frontier の計算能力に匹敵することはできませんが、数世代後には特定のアプリケーションでは Frontier に匹敵する可能性があります。私たちの推定では、10,000 量子ビットを備えた QuEra コンピューター (ほとんどのスーパーコンピューターよりも強力な量子コンピューター) でも、消費電力は 10 キロワット未満です。この推定では、追加の 10,000 個の原子 (量子ビット) を所定の位置に維持するために必要な最小限の追加エネルギーと、制御電子機器のわずかな増加が考慮されています。

10,000 量子ビットに対して 10kW は、最も強力な従来のスーパーコンピューターの消費電力の 10 分の 1 未満です。この 10,000 量子ビットのコンピューターが Frontier が実行するタスクのわずか 5% を実行できれば、エネルギー消費を年間約 10 ギガワット時削減し、100 万ドル以上を節約できます。

つまり、量子コンピューターは、より少ない消費電力でより多くの計算を行うことができます。

2021 年までに、世界のデータセンターの電力消費量は 220～320 TWh になると予想され、世界の最終電力需要の約 0.9～1.3% を占めることになります。エネルギー消費の 1% を削減するために、政府は持続可能性計画の一環として企業に量子コンピューターの導入を奨励することができます。

たとえば、政府は量子コンピューティングに投資したり、量子コンピューティングの研究に資金を提供したりする企業に税制優遇措置を提供して、量子コンピューティングを企業にとってより利用しやすくし、エネルギー消費を削減しながらエネルギー革新を促進することができます。

要約すると、量子コンピュータは計算問題解決の新しい時代を導くだけでなく、エネルギーに優しい技術の開発につながり、高性能コンピューティングへのより持続可能なアプローチを提供する可能性もあります。計算能力の向上 - 地球の資源を犠牲にすることなく、新しい材料や方法を開発するのに十分な能力です。これが量子コンピューティングの真の力です。この力は量子ビットやアルゴリズムを超え、持続可能性やエネルギー効率も含みます。