Alguns computadores quânticos podem exigir mais energia do que supercomputadores

Grandes computadores quânticos podem ser capazes de resolver problemas impossíveis até mesmo para os melhores supercomputadores tradicionais – mas para resolvê-los, alguns deles podem exigir muito mais energia do que o supercomputador.

Os computadores quânticos atuais são relativamente pequenos e a maioria tem menos de mil blocos de construção chamados qubits. Eles também estão sujeitos a cometer erros durante a operação devido à fragilidade dos qubits. Isto torna estes computadores incapazes de resolver os problemas económica e industrialmente relevantes que se pensava que dominassem, tais como ajudar na descoberta de medicamentos. Os pesquisadores concordam amplamente que um computador quântico verdadeiramente útil teria que ter um número muito maior de qubits e a capacidade de corrigir erros – tornando-o um computador quântico tolerante a falhas (FTQC). Mas fazer com que isso aconteça continua a ser um desafio técnico formidável, em parte porque existem vários designs concorrentes.

Olivier Ezratty em Iniciativa de Energia Quântica (QEI)uma organização internacional, disse que uma das preocupações negligenciadas na construção de FTQCs em escala de utilidade pública é o seu consumo potencial de energia. Na conferência Q2B do Vale do Silício em Santa Clara, Califórnia, em 9 de dezembro, ele apresentou estimativa inicial sobre este assunto. Surpreendentemente, alguns projetos de FTQC excedem a pegada energética dos maiores supercomputadores do mundo.

O supercomputador mais rápido do mundo, El Capitan, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia, requer cerca de 20 megawatts de energia elétrica, o que representa cerca de três vezes o consumo de energia da cidade de Livermore, com população de 88.000 habitantes. Na estimativa de Ezratty, os dois projetos para FTQC, ampliados para até 4.000 qubits lógicos ou com correção de erros, exigiriam ainda mais. Os países com maior fome de electricidade podem precisar de até 200 megawatts de electricidade.

Baseou suas estimativas em dados disponíveis publicamente, informações proprietárias de empresas de computação quântica e modelo teóricoEzratty identificou um amplo espectro de possíveis pegadas energéticas para futuros FTQCs, variando de 100 quilowatts a 200 megawatts. Especificamente, de acordo com as estimativas de Ezratty, os três projetos de FTQC atualmente em desenvolvimento exigirão, em última instância, menos de 1 megawatt de eletricidade, o que é comparável a um supercomputador típico usado por instalações de pesquisa. Na sua opinião, este espectro poderia influenciar a evolução da indústria, por exemplo, tornando o mercado de computação quântica maior se dominassem designs com menor consumo de energia.

As grandes diferenças nas projeções de consumo de energia refletem principalmente a diversidade competitiva de maneiras pelas quais as empresas de computação quântica constroem qubits e os utilizam. Em alguns casos, o consumo de energia é impulsionado pela necessidade de manter partes do dispositivo frias, por exemplo, para alguns qubits baseados em luz, onde as fontes de luz e os detectores funcionam menos bem quando quentes. Ezratty diz que isso pode consumir muita energia. Noutros casos, como para qubits feitos de circuitos supercondutores, todo o chip deve estar contido num frigorífico gigante, enquanto os computadores quânticos baseados em iões presos ou átomos ultrafrios requerem energia para os lasers e microondas que controlam os qubits.

Oliver Chamada da IBM, que fabrica computadores quânticos supercondutores, disse estimar que o FTQC de grande escala da empresa exigirá menos de 2 ou 3 megawatts para operar. Dial disse que esse número é apenas uma fração do que se estima ser necessário para data centers de IA em grande escala e pode ser ainda menor se o FTQC for integrado aos supercomputadores existentes. A equipe da empresa de computação quântica de átomos ultrafrios QuEra estima que seu FTQC exigirá cerca de 100 quilowatts, o que está na extremidade inferior do espectro de Ezratty.

A Xanadu, que fabrica computadores quânticos baseados em luz, e o Google Quantum AI, cujo computador quântico é baseado em qubits supercondutores, não quiseram comentar. PsiQuantum, que também produz qubits a partir da luz, não respondeu Novo Cientistapedido de comentário.

Ezratty disse que também há muitos custos associados à eletrônica tradicional usada para direcionar e monitorar qubits, especialmente quando se trata de FTQC, onde os qubits recebem orientação adicional para detectar e corrigir seus próprios erros. Isto complica ainda mais a situação porque significa que os detalhes do algoritmo de correção de erros também contribuem para a pegada energética do dispositivo. Depois, há a questão de quanto tempo um computador quântico deve funcionar para completar uma operação, porque a economia de energia resultante do uso de menos qubits pode ser superada se o computador tiver que funcionar por mais tempo.

Para abordar todos estes factores – os custos básicos de energia para fabricar qubits, os custos de arrefecimento e controlo dos mesmos, e os custos e tempo de execução de software quântico – a indústria deve desenvolver padrões e benchmarks para determinar e reportar a pegada energética das suas máquinas, disse Ezratty. Isto faz parte da missão do QEI. Ele disse que havia projetos semelhantes em andamento nos EUA e na União Europeia.

Assim como a indústria da computação quântica ainda está em desenvolvimento, Ezratty diz que a pesquisa ainda está em sua infância e deve levar a esforços para compreender melhor o consumo de energia do FTQC e aproveitar esse entendimento para reduzi-lo. “Existem muitas opções técnicas que podem ajudar a reduzir a pegada energética.”