量子計算機有望徹底改變我們的世界，不僅可以有效解決傳統(tǒng)計算機無法解決的棘手問題，還可以開發(fā)新的節(jié)能技術(shù)。這種雙管齊下的節(jié)能方法將重新定義高性能計算和節(jié)能前景，以提高計算效率，促進創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)。

釋放新的節(jié)能技術(shù)。

憑借其卓越的計算能力，量子計算機可以加速新節(jié)能技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展。舉例來說，它可以通過優(yōu)化物流路線來促進更高效的電動汽車電池的建設(shè)，更好地了解合成氨的生產(chǎn)工藝，節(jié)約能源，開發(fā)更高效的太陽能電池。

雖然充分發(fā)揮其潛力需要幾十年的時間，但最近的進展表明，早期的機器(將在2020年代和2030年代初投入使用)可以為一些最具影響力的技術(shù)做出重大貢獻，以應(yīng)對全球變暖。

量子計算有潛力開發(fā)綠色氨生產(chǎn)、綠色氫能和碳捕獲的新催化劑。它還討論了量子計算在新材料開發(fā)、流體動力學(xué)和物流優(yōu)化中的作用。

在電動汽車領(lǐng)域，量子計算機可以幫助設(shè)計能量密度更高、充電時間更快的電池，從而顯著提高這些車輛的續(xù)航里程和可用性。

在物流領(lǐng)域，量子計算機可以優(yōu)化路線，減少車輛行駛距離，從而節(jié)約燃料。在可再生能源領(lǐng)域，它可以幫助設(shè)計更高效的太陽能電池，提高能源轉(zhuǎn)換效率，使太陽能成為更可行的化石燃料替代品。

能源效率量子計算機。

現(xiàn)在，讓我們來看看量子計算機本身的能源效率。世界上最強大的超級計算機，比如“Top500”，消耗了大量的能源，有的接近30兆瓦。

舉例來說，F(xiàn)rontier超級計算機位于橡樹嶺國家實驗室，運行需要21.1兆瓦。這臺電腦的能源成本每年超過2300萬美元。

與QuEra的256量子位Aquila中性原子量子計算機相比，QuEra是世界上最大的公共計算機之一，它的功耗不到7千瓦，不到這臺強大的經(jīng)典超級計算機的0.05%。盡管QuEra計算機效率很高，但是IBM、Rigetti、Google和D-Wave等制造商的量子計算機也消耗了大約10-25kW。

超級計算機本質(zhì)上是相互連接的CPU(中央處理單元)和GPU(圖形處理單元)網(wǎng)絡(luò)。超級計算機的計算能力和功耗與這些處理器的數(shù)量幾乎是線性的。從本質(zhì)上說，加倍計算速度大約需要兩倍的處理器數(shù)量。

與此形成鮮明對比的是，由于量子現(xiàn)象的疊加和糾纏，量子計算機的計算能力隨著量子比特的數(shù)量呈指數(shù)級增長。這種指數(shù)級增長支撐了量子計算機超越超級計算機計算能力的潛力。

另外，計算能力的指數(shù)增長不會轉(zhuǎn)化為類似的量子計算機功耗增長。因此，即使提供相當或更好的計算性能，量子計算機也有望保持比超級計算機更高的功率效率。

當然，QuEra的7kW256量子位計算機無法與Frontier的計算能力相媲美，但是幾代之后，它就可以和Frontier在一些應(yīng)用上相媲美了。與大多數(shù)超級計算機相比，一臺配有10,000個量子位的QuEra計算機，其功耗仍將低于10千瓦。這個估計考慮了保持額外10,000個原子(量子位)就位所需的最小額外能量，以及控制電子設(shè)備的略有增加。

10,000個量子位的10kW仍然不到最強大的經(jīng)典超級計算機功耗的十分之一。假如這臺10,000個量子位計算機只能執(zhí)行Frontier執(zhí)行5%的任務(wù)，那么每年將減少近10千兆瓦時的能耗，并節(jié)省超過100萬美元。

簡單地說，量子計算機可以計算得更多，但是消耗得更少。截至2021年，全球數(shù)據(jù)中心的用電量預(yù)計在220-320太瓦時之間，約占全球最終電力需求的0.9-1.3%。政府可以鼓勵企業(yè)使用量子計算機作為其可持續(xù)發(fā)展計劃的一部分，以幫助降低這一百分之一的能耗。

舉例來說，政府可以為投資量子計算的企業(yè)提供稅收減免或資助量子計算研究，使企業(yè)更容易獲得量子計算，從而釋放能源創(chuàng)新，降低能耗。

總之，量子計算機不僅可以開創(chuàng)解決計算問題的新時代，還可以引領(lǐng)能源友好技術(shù)的發(fā)展，為高性能計算提供更可持續(xù)的方法。計算能力的提高——足以開發(fā)新的材料和方法，而不是犧牲地球資源。這才是量子計算的真正力量。這種力量超越了包括可持續(xù)性和能源效率在內(nèi)的量子位和算法。

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標簽：量子計算機,節(jié)能技術(shù),再生能源,能源效率