La supercomputadora El Capitán utiliza enormes cantidades de energía, y algunas computadoras cuánticas podrían necesitar incluso más
LLNL/Garry McLeod
Las grandes computadoras cuánticas pueden ser capaces de resolver problemas imposibles incluso para las mejores supercomputadoras tradicionales, pero para hacerlo, algunas de ellas podrían necesitar mucha más energía que esas supercomputadoras.
Las computadoras cuánticas existentes son relativamente pequeñas y la mayoría tiene menos de mil bloques de construcción llamados qubits. También son propensos a cometer errores durante el funcionamiento debido a lo frágiles que son esos qubits. Esto hace que estas computadoras sean incapaces de resolver los problemas económica e industrialmente relevantes en los que se predijo que sobresaldrían, como ayudar al descubrimiento de fármacos. Los investigadores coinciden en gran medida en que las computadoras cuánticas realmente útiles deben tener un número de qubits radicalmente mayor y una capacidad de corregir errores, lo que las convierte en computadoras cuánticas tolerantes a fallas (FTQC). Pero llegar allí sigue siendo un desafío de ingeniería formidable, en parte porque hay varios diseños en competencia.
Olivier Ezratty, de Quantum Energy Initiative (QEI), una organización internacional, dice que una preocupación que se pasa por alto en la construcción de FTQC a escala de servicios públicos es su consumo potencial de energía. En la conferencia Q2B Silicon Valley celebrada en Santa Clara, California, el 9 de diciembre, presentó estimaciones preliminares al respecto. Sorprendentemente, varios diseños de FTQC superaron la huella energética de las supercomputadoras más grandes del mundo.
La supercomputadora más rápida del mundo, El Capitán en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, necesita alrededor de 20 megavatios de energía eléctrica, que es aproximadamente el triple del consumo de energía de la cercana ciudad de Livermore, de 88.000 habitantes. Según la estimación de Ezratty, dos diseños de FTQC, ampliados hasta 4.000 qubits lógicos o con corrección de errores, requerirían aún más. Los más ávidos de energía entre ellos podrían necesitar hasta 200 megavatios de energía.
Basando sus estimaciones en datos disponibles públicamente, información patentada de empresas de computación cuántica y modelos teóricos, Ezratty ha identificado un amplio espectro de posibles huellas energéticas para futuros FTQC, que oscila entre 100 kilovatios y 200 megavatios. En particular, según la estimación de Ezratty, tres diseños de FTQC que se están desarrollando actualmente requerirían en última instancia menos de 1 megavatio de electricidad, lo que es comparable a las supercomputadoras típicas utilizadas en las instalaciones de investigación. En su opinión, este espectro podría influir en la evolución de la industria, por ejemplo, haciendo que el mercado de la computación cuántica fuera más grande si los diseños que consumen menos energía llegaran a dominar.
La amplia diferencia en el consumo de energía proyectado refleja principalmente la diversidad de formas competitivas en que las empresas de computación cuántica construyen qubits y los utilizan. En algunos casos, el consumo de energía está impulsado por la necesidad de mantener frías diferentes partes del dispositivo, por ejemplo, en el caso de algunos qubits basados en luz, donde las fuentes y detectores de luz funcionan peor cuando están calientes. Ezratty dice que esto puede consumir especialmente energía. En otros casos, como en el caso de los qubits fabricados a partir de circuitos superconductores, los chips completos deben colocarse en refrigeradores gigantes, mientras que las computadoras cuánticas basadas en iones atrapados o átomos ultrafríos requieren energía para los láseres y microondas que controlan los qubits.
Oliver Dial, de IBM, que fabrica ordenadores cuánticos superconductores, dice que espera que el FTQC a gran escala de la empresa requiera poco menos de 2 o 3 megavatios para funcionar. Dial dice que esto es solo una fracción de lo que se proyecta que se necesitará para los centros de datos de IA a hiperescala, y podría ser incluso menor si el FTQC se integrara con una supercomputadora existente. El equipo de la empresa de computación cuántica de átomos ultrafríos QuEra estima que su FTQC requeriría alrededor de 100 kilovatios, lo que se sitúa en el extremo inferior del espectro de Ezratty.
Xanadu, que construye computadoras cuánticas basadas en la luz, y Google Quantum AI, cuyas computadoras cuánticas se basan en qubits superconductores, declinaron hacer comentarios. PsiQuantum, que también fabrica qubits a partir de luz, no respondió a la solicitud de comentarios de New Scientist.
Ezratty dice que también hay muchos costos asociados con la electrónica tradicional que se utiliza para dirigir y monitorear qubits, especialmente cuando se trata de FTQC, donde los qubits reciben instrucciones adicionales para detectar y corregir sus propios errores. Esto complica aún más la situación porque significa que los detalles de los algoritmos de corrección de errores también contribuyen a la huella energética de los dispositivos. Y luego está la cuestión de cuánto tiempo debe funcionar una computadora cuántica para completar una operación, porque los ahorros de energía que se obtienen al utilizar menos qubits podrían contrarrestarse si deben funcionar durante más tiempo.
Para desenredar todos estos factores (el costo energético básico de fabricar qubits, el costo de enfriarlos y controlarlos y el costo y el tiempo de ejecutar software cuántico) la industria debería desarrollar estándares y puntos de referencia para determinar e informar la huella energética de sus máquinas, dice Ezratty. Esto es parte de la misión de QEI. Dice que hay proyectos relacionados en marcha tanto en Estados Unidos como en la Unión Europea.
De la misma manera que toda la industria de la computación cuántica aún se está desarrollando, Ezratty dice que su trabajo se encuentra en las primeras etapas y debería conducir a esfuerzos para comprender mejor el consumo de energía de FTQC y aprovechar ese conocimiento para reducirlo. “Hay muchísimas opciones técnicas que podrían favorecer la reducción de la huella energética”.
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