İ
klim değişikliği hakkında derinlemesine bilgi edinmek için bazı araştırmalar yaptım ve buradan aldığım en güçlü mesaj, iklim değişikliğinin gerçekleşiyor olması değil, bunun gelecekteki nesilleri nasıl etkileyeceğini tahmin edemememizdi. Ne kadar güçlü klasik bilgisayarlarımız olursa olsun, gezegenimizin geleceği hakkında kesin tahminler yapamayız. Bu yüzden en mantıklı yol, iklim değişikliğinin etkilerini azaltmak için emisyonları düşürmeye odaklanmaktır.
Bu, benim ve pek çok kişinin kuantum hesaplamayı bir an önce gerçeğe dönüştürmek istememizin ana nedenine bağlanıyor. Kuantum bilgisayarlar, doğada gerçekleşen atomik süreçleri simüle etme gücüne sahip ve bu süreçler iklim değişikliği ile ilgili birçok nedeni ele alabilir.
Bu simülasyonlardan elde edeceğimiz bilgi, örneğin, daha iyi piller yapmak için anahtardır. Daha iyi piller, gelişmiş enerji depolama sistemlerinin, daha iyi elektrikli araçların ve ticari uçakların elektrikle çalışmasının kapısını aralar. Ve pil geliştirme sadece bir örnektir. Kuantum bilgisayarlar ayrıca, jet motorları gibi yeni anahtar teknolojilerin tasarımını desteklemek için mevcut yüksek performanslı hesaplama yeteneklerimizi artırabilir.
Kuantum bilgisayarların açabileceği birçok iklimle ilgili kullanım durumu var. Her biri, CO2 emisyonlarımızı azaltmaya bireysel olarak katkıda bulunabilir. Tüm potansiyel kullanım durumlarını bir araya getirirseniz, azalma daha belirgin olacaktır. Ancak hızlı hareket etmemiz gerekiyor çünkü iklim değişikliğinin etkileri şu anda gerçekleşiyor ve geleceğimiz için ne anlama geldiğini hala tam olarak bilmiyoruz.
Benim için “hızlı hareket etmek”, HPC entegre kuantum bilgisayarların ilk neslinin kuantum süreçlerini verimli bir şekilde simüle edebilmesini sağlamaktır. Verimli kelimesi burada anahtardır: Klasik bir bilgisayardan daha hızlı ve daha düşük enerji tüketimiyle hesaplama yapmak istiyoruz. Hem hızın hem de enerji tüketiminin kuantum hesaplamalarının bir anahtar yönüyle nasıl ilişkili olduğunu görmek ilginçtir: kuantum hata düzeltmeyi nasıl gerçekleştirdiğimizle. Her kuantum bilgisayarın yapı taşları olan kübitler, kendi hallerine bırakıldıklarında herhangi bir değerli hesaplama yapmak için kullanılamayacakları kadar hatalardan etkilenirler. Bu hatalar, sürece yedeklilik ekleyerek ve “kübitleri bir araya getirerek” (yani birçok fiziksel kübiti bir “mantıksal” kübite eşleyerek) düzeltilebilir. Mantıksal kübitler neredeyse hatasız hale getirilebilir ve giderek daha karmaşık hesaplamalar yapmak için kullanılabilirler. Ancak bu kuantum hata düzeltme süreci, gerekli olsa da, hesaplama hızı ve güç tüketimi açısından ek yük getirir ve bu yükü dikkatlice yönetmemiz gerekir. Genel hesaplama hızı, geçici yedeklilik nedeniyle önemli ölçüde azalır. Kübitlerin tek bir hesaplama adımını gerçekleştirmek için birden çok kez ölçülmesi ve manipüle edilmesi gerekir. Genel bir kural olarak, aynı (neredeyse) hatasız hesaplamayı daha az kübit ile gerçekleştirebilirsek, toplam yürütme süresini de azaltırız.
Bu kolay değildir. Daha az kübitten daha fazla yararlanmak, geliştirilmiş veya yeni kübit çözümleri inşa etmeyi, yeterince hızlı hata tanımlama bileşenlerini geliştirmeyi, her hesaplama adımını nasıl verimli bir şekilde uygulayacağımızı ve kübitleri ölçme ve manipüle etme sürecini optimize etmeyi gerektirir. Ayrıca, hata düzeltme katmanını ekleyerek sistemin “birim zaman başına” güç tüketimi kaçınılmaz olarak artar. Burada önemli olan sürece kaç kübitin dahil olduğudur.
Her kübitin çalıştırılması ve manipüle edilmesi için enerji gereklidir. Süper iletken bir sistem için (öncü kuantum bilgisayar türlerinden biri), her kübit, toplam güç tüketimine kabaca 10W ekler (çoğunlukla dijitalden analoğa ve analogdan dijitale radyo frekansı zincirlerinde). Verimli hesaplamalar yapmak için 10.000 ila 100.000 kübit gerektiğini öngörüyoruz, bu da ek 1MW gerektirir.
Örneğin, hataları tespit etmek ve kübitleri manipüle etmek için düşük güçlü elektronikler tasarlayarak kübit başına ek yükü azaltabiliriz. Ayrıca, entegrasyonun genel performansını ölçerek akıllı tasarım kararları verebiliriz.
Bu şekilde, atmosferimize aşırı CO2 salmadan iklim değişikliğiyle ilgili sorunları ele almaya yardımcı olacak kuantum bilgisayarlar inşa edebiliriz. Başka herhangi bir strateji mantıksız olurdu. Ancak, AI gibi diğer teknolojilerle oynanan bu senaryoyu gördük, başlangıçta sadece hesaplama performansına odaklandılar ve daha sonra güç tüketimini düzenlemek için düzeltici önlemler eklediler. Kuantum hesaplama topluluğu bu kısa görüşlülükten ders almalıdır. Başlangıçtan itibaren kuantum bilgisayarların hem verimliliğine hem de performansına odaklanmalıyız.
Bu, kuantum bilgisayarların şimdi ölçeklenmeye devam ederken, gelecekte hoş olmayan güç tüketimi sürprizleri olmadan, uzun vadeli akıllıca bir stratejidir. Bu, sırayla kuantum bilgisayarların gelişimini hızlandıracak, onları performans başına watt metriklerinde klasik bilgisayarların önüne geçirecek ve daha fazla iklimle ilgili kullanım durumunu daha erken açacaktır.
