@ 2015.10.06 , 22:06

量子计算功耗知多少

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google的量子智能实验室刚刚制造的最新的计算机可能是目前第一台商业量子计算机了。而这台新型的计算机能够比传统计算机更快的、使用相对更少的功耗来完成相同的计算任务。不过量子计算到底能节约多少功耗目前还是个迷。

现在,D-Wave的设备能够在不增加功耗的情况下,增加计算的量子比特(quantum bits)。这是因为他们的D-Wave机的物理架构中使用的铌环超导工作温度为15毫开(millikelvin )也就是摄氏-273度。所以目前D-Wave的主要功耗开支都放在了冷却设备的运作上,只有将温度降低到低于25毫开左右时,D-wave的大部分硬件才能开始进行工作。而量子处理器的功耗不值得一提,这与我们现在的巨型机相反,我们的大部分功耗用在冷却上。

量子处理器的工作功耗还不足一微瓦,与冷却设备的功耗相比简直九牛一毛。D-Wave的商业发展和战略合作主管 Colin Williams这样描述到他们的系统。

而google实验室安装的最新的1 000-qubit级的D-wave 2x量子计算机的计算能力比上一代提升了约一倍,不过要计算整个系统的功耗还是要包括冷却设备,不过整体的功耗可能在未来的若干代都不会有所提升,即便是计算量提升到几千个量子比特。

因为即便是量子处理器的功耗继续增加,对冷却设备的的工作影响也不会太大,差不多目前的冷却设备暂时无需更新了。

所以,即便D-wave的计算能力持续增加,总功耗在短期内也不会有所改变了。不过总的来说,量子计算机的计算功率并不比目前的计算机好,在完成差不多计算量的任务时,大量的能耗被花在了冷却设备上。

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功耗增长为零,目前大概对市场话而言还是比较有吸引力的,不过在对设备的优化和扩展性方面,他们的目标也不太明确。特别是加上要与传统计算机竞争市场,争取更多的订单的话,量子计算机需要做哪些改进。

虽然在功耗方面,量子计算机能够在未来一定时间范围内保持优势,但是一旦到达某个平衡点,他又会反过来制约量子计算的发展。

来自MIT的计算机理论学家Scott Aaronson认为功耗0增长并非D-wave的优势,一旦需要加速得到更快计算能力,我们可能需要使用更加耗电的的冷却设备来降低量子处理器的温度。

不过目前的D-wave架构也只是量子计算机潜在可能的架构之一,他们需要专门的设计去进行优化计算过程,google目前既在研究如何优化当前的D-wave,同时也在探索其他可行的量子计算机架构。

而Troyer 预测量子计算机的量子处理功耗需求可能还是线性增长,仅与芯片数量有关。因为短期内考虑通过进一步降低工作温度,可能需要突破性的技术。

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量子计算的优势可能需要工程师们将计算能力提高到百万级的量子比特才回体现出来。而目前的D-wave可以简单的通过增加量子处理器的数量(也就是多核架构)完成功能提升,不过大多数研究人员选择去优化只有几个量子比特的量子计算机,因为这个计算级别的量子计算机就有大量子比特位的错误,量子计算机的挑战还在于纠正运算位的错误。

如果,量子设备能够真正的解决计算速度的问题,它终会飞入寻常百姓家。

本文译自 IEEE Spectrum,由译者 邻家乖蜀黍 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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