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量子计算机释放能源创新改善未来城市生活。

发布日期:2023-06-27 阅读次数:550

量子计算机有望彻底改变我们的世界,不仅可以有效解决传统计算机无法解决的棘手问题,还可以开发新的节能技术。这种双管齐下的节能方法将重新定义高性能计算和节能前景,以提高计算效率,促进创新节能技术。

释放新的节能技术。

凭借其卓越的计算能力,量子计算机可以加速新节能技术的发现和发展。举例来说,它可以通过优化物流路线来促进更高效的电动汽车电池的建设,更好地了解合成氨的生产工艺,节约能源,开发更高效的太阳能电池。

虽然充分发挥其潜力需要几十年的时间,但最近的进展表明,早期的机器(将在2020年代和2030年代初投入使用)可以为一些最具影响力的技术做出重大贡献,以应对全球变暖。

量子计算有潜力开发绿色氨生产、绿色氢能和碳捕获的新催化剂。它还讨论了量子计算在新材料开发、流体动力学和物流优化中的作用。

在电动汽车领域,量子计算机可以帮助设计能量密度更高、充电时间更快的电池,从而显著提高这些车辆的续航里程和可用性。

在物流领域,量子计算机可以优化路线,减少车辆行驶距离,从而节约燃料。在可再生能源领域,它可以帮助设计更高效的太阳能电池,提高能源转换效率,使太阳能成为更可行的化石燃料替代品。

量子计算机释放能源创新改善未来城市生活

能源效率量子计算机。

现在,让我们来看看量子计算机本身的能源效率。世界上最强大的超级计算机,比如“Top500”,消耗了大量的能源,有的接近30兆瓦。

举例来说,Frontier超级计算机位于橡树岭国家实验室,运行需要21.1兆瓦。这台电脑的能源成本每年超过2300万美元。

与QuEra的256量子位Aquila中性原子量子计算机相比,QuEra是世界上最大的公共计算机之一,它的功耗不到7千瓦,不到这台强大的经典超级计算机的0.05%。尽管QuEra计算机效率很高,但是IBM、Rigetti、Google和D-Wave等制造商的量子计算机也消耗了大约10-25kW。

超级计算机本质上是相互连接的CPU(中央处理单元)和GPU(图形处理单元)网络。超级计算机的计算能力和功耗与这些处理器的数量几乎是线性的。从本质上说,加倍计算速度大约需要两倍的处理器数量。

与此形成鲜明对比的是,由于量子现象的叠加和纠缠,量子计算机的计算能力随着量子比特的数量呈指数级增长。这种指数级增长支撑了量子计算机超越超级计算机计算能力的潜力。

另外,计算能力的指数增长不会转化为类似的量子计算机功耗增长。因此,即使提供相当或更好的计算性能,量子计算机也有望保持比超级计算机更高的功率效率。

量子计算机释放能源创新改善未来城市生活

当然,QuEra的7kW256量子位计算机无法与Frontier的计算能力相媲美,但是几代之后,它就可以和Frontier在一些应用上相媲美了。与大多数超级计算机相比,一台配有10,000个量子位的QuEra计算机,其功耗仍将低于10千瓦。这个估计考虑了保持额外10,000个原子(量子位)就位所需的最小额外能量,以及控制电子设备的略有增加。

10,000个量子位的10kW仍然不到最强大的经典超级计算机功耗的十分之一。假如这台10,000个量子位计算机只能执行Frontier执行5%的任务,那么每年将减少近10千兆瓦时的能耗,并节省超过100万美元。

简单地说,量子计算机可以计算得更多,但是消耗得更少。截至2021年,全球数据中心的用电量预计在220-320太瓦时之间,约占全球最终电力需求的0.9-1.3%。政府可以鼓励企业使用量子计算机作为其可持续发展计划的一部分,以帮助降低这一百分之一的能耗。

举例来说,政府可以为投资量子计算的企业提供税收减免或资助量子计算研究,使企业更容易获得量子计算,从而释放能源创新,降低能耗。

总之,量子计算机不仅可以开创解决计算问题的新时代,还可以引领能源友好技术的发展,为高性能计算提供更可持续的方法。计算能力的提高——足以开发新的材料和方法,而不是牺牲地球资源。这才是量子计算的真正力量。这种力量超越了包括可持续性和能源效率在内的量子位和算法。

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标签:量子计算机,节能技术,再生能源,能源效率

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