Der Energievorteil von Quantencomputern – Nachrichtenanalyse zum Hochleistungsrechnen | insideHPC

Von Yuval Boger, Chief Marketing Officer, QuEra Computing Inc.

Während Quantencomputer letztendlich in der Lage sein werden, Probleme zu lösen, die kein klassischer Supercomputer kann, stellt sich die Frage, was passiert, wenn Quantensysteme bei bestimmten Problemen lediglich mit der Leistung klassischer Systeme mithalten können? Was ist dann der Wert von Quanten?

Eine überzeugende Antwort: Energieeffizienz.

Basierend auf Daten aus dem Top500 In der Liste der leistungsstärksten Supercomputer der Welt ist unten der Energieverbrauch der Nr. 1 in Kilowatt aufgeführt. 20 Rangsystem für jedes der letzten XNUMX Jahre:

Die Tabelle und die Grafik zeigen einen steigenden Trend beim Energieverbrauch, wobei einige Systeme fast 30 Megawatt erreichen. Über den bloßen Stromverbrauch dieser Rechenriesen hinaus erzeugen sie auch erhebliche Wärme, die zusätzliche Energie für die Kühlung erfordert, was den Gesamtenergie-Fußabdruck erhöht.

Nach Angaben der US Energy Information Administration lagen die durchschnittlichen Stromkosten im Februar 2023 für Gewerbekunden bei 12.77 Cent pro Kilowattstunde. Um die jährlichen Stromkosten zu berechnen, müssen wir zunächst den Stromverbrauch des Frontier-Supercomputers von Kilowatt (KW) in Kilowattstunden (kWh) umrechnen und dann mit den Kosten pro kWh multiplizieren:

• Umrechnung des Stromverbrauchs in kWh pro Jahr: 21,100 KW * 24 Stunden/Tag * 365 Tage/Jahr = 184,716,000 kWh/Jahr

• Berechnung der Kosten: 184,716,000 kWh/Jahr * 0.1277 $/kWh = ungefähr $ 23,589,392.20 pro Jahr

Im Gegensatz dazu kennen wir einen öffentlich zugänglichen Quantencomputer mit mehr als 250 Qubits, der weniger als 10 KW verbraucht, was weniger als 0.05 Prozent des Verbrauchs von Frontier ausmacht. Der Energieverbrauch des Quantensystems skaliert nicht direkt mit der Anzahl der Qubits, aber selbst wenn wir hypothetisch auf einen Quantencomputer mit 10,000 Qubits projizieren, schätzen wir, dass er nur 100 kW benötigen würde. Dies wäre immer noch weniger als ein halbes Prozent des Stromverbrauchs von Frontier.

Wenn dieser Quantencomputer nur 5 Prozent der Aufgaben von Frontier ausführen könnte, könnte dies zu jährlichen Einsparungen von über 1 Million US-Dollar und einer Reduzierung des Energieverbrauchs um fast 10 Gigawattstunden pro Jahr führen.

Bob Sorensen, Senior VP of Research bei Hyperion Research, äußerte sich dazu bei a jüngste Veranstaltung. „Wie viele HPC-Zentren sind an möglichen Energieeinsparungen interessiert? Die Antwort ist einfach. Alle“, sagte er. „Solange Quantencomputing in diesem Kilowattbereich bleiben und drei oder vier Größenordnungen unter [klassischen HPCs] bleiben kann, werden die Power-to-Solution-Möglichkeiten meiner Meinung nach völlig unterschätzt, was das Potenzial dieser Technologie angeht.“

Wir hören oft vom „Quantenvorteil“, wenn Quantencomputer ihre klassischen Gegenstücke übertreffen und bisher unlösbare Probleme lösen. Obwohl dies ein wichtiges und hehres Ziel ist, könnte ein besser erreichbares kurzfristiges Ziel Leistungsgleichheit bei einem Bruchteil des Energieverbrauchs sein. Dies ähnelt dem Übergang von benzinbetriebenen Autos zu Elektrofahrzeugen (EVs), bei dem das Ziel nicht unbedingt darin besteht, herkömmliche Autos zu übertreffen, sondern ein vergleichbares Fahrerlebnis zu bieten und gleichzeitig die Umweltbelastung deutlich zu reduzieren.

Regierungen und Regulierungsbehörden könnten eine wichtige Rolle dabei spielen, Unternehmen zu ermutigen, Quantencomputer als Teil ihrer Nachhaltigkeitsprogramme einzuführen. Sie können beispielsweise Richtlinien entwickeln, die Anreize für den Einsatz energieeffizienter Technologien schaffen, etwa durch die Bereitstellung von Steuererleichterungen oder Zuschüssen für Unternehmen, die in Quantencomputing investieren. Regierungen können auch Forschung und Entwicklung im Bereich Quantencomputing finanzieren und so dazu beitragen, die Technologie voranzutreiben, sie für Unternehmen zugänglicher zu machen und so den Energieverbrauch zu senken.

Quantencomputer könnten nicht nur eine neue Ära der rechnerischen Problemlösung einläuten, sondern auch einen nachhaltigeren, energieeffizienteren Ansatz für das Hochleistungsrechnen, indem sie ihre immense Rechenleistung auf umweltfreundliche Weise nutzen. Quanten versprechen eine Zukunft, in der erhöhte Rechenkapazität nicht auf Kosten der Ressourcen unseres Planeten geht. Das ist die wahre Stärke des Quantencomputings – eine Stärke, die über Qubits und Algorithmen hinausgeht und Nachhaltigkeit und Energieeffizienz umfasst.

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• Quelle: https://insidehpc.com/2023/06/the-energy-advantage-of-quantum-computers/