关于量子计算是否能比传统计算节能的问题，多年来一直存在争议。当然，大多数量子计算讨论一直围绕着克服技术挑战，构建真正实用的量子计算机。但最近，越来越多的人在努力研究量子计算可能带来的能源效益。其中一项成果就是去年成立的量子能源倡议(QEI)。还有其他研究论文也在研究这个话题，例如最近的一篇是维也纳量子科学与技术中心和东京大学合著的《量子计算的能耗优势》。

从广义上讲，量子计算的潜在能量优势仍然是次要考虑因素。毕竟，建造实用的量子计算机是量子计算的必要条件。也就是说，考虑到现代超级计算机的数百万瓦能源预算，围绕量子计算机的能源消耗优势（如果有的话）展开更严格、更激烈的辩论是一项有价值的工作。这涉及很多问题。

QuEra首席营销官尤Yuval Boger的评论大致概括了其中的一些问题。值得注意的是，QuEra正在开发基于中性原子的量子计算机，因此它在竞争中有一匹马。

量子计算有望重新定义计算的边界，并被誉为节能领域潜在的游戏规则改变者。该技术具有促进新材料发现、改进电动汽车电池和太阳能电池、优化物流路线的潜力，同时比传统的耗电超级计算机消耗更少的能源，描绘了一幅充满希望的前景。然而，和任何新兴技术一样，也有人对这些说法提出质疑。

批评者认为，随着量子计算机变得更大更强，支持量子计算所需的整体基础设施，包括传统计算机将控制信号和数据移入和移出量子计算机的需求，以及量子计算机耗能的冷却要求，可能会抵消量子计算机所节省的能源。虽然这些担忧是正确的，但重要的是要考虑到更广泛的背景和量子计算的潜力。

首先，重要的是要承认量子计算机确实会比经典计算机更有效地解决某些问题。密码学、优化和材料科学中的问题有可能在量子计算机上以指数级速度得到解决。这意味着经典计算机需要几年才能完成的任务可能由量子计算机在几个小时内完成。从长远来看，这种效率水平可能会带来显著的节能效果。

其次，值得注意的是，量子计算的发展仍处于早期阶段。就像早期的经典计算一样，重点是让技术发挥作用，然后再提高其效率，量子计算目前正处于“使其发挥作用”阶段。随着技术的成熟，更节能的量子计算基础设施可能会被开发出来。

量子能源计划 (QEI) 等组织已经在努力实现这一目标。 QEI 由 Olivier Ezratty、Rob Whitney、Alexia Auffèves 和 Janine Splettstoesser 共同创立，旨在融合量子技术和能源领域之间的差距。通过促进合作和知识交流，QEI 正在努力提高认知并应对与能源消耗相关的挑战。

量子技术的创新也为更节能的量子计算铺平了道路。例如，QuEra 的中性原子量子计算机不需要低温冷却，而低温冷却是传统量子计算基础设施中最耗能的方面之一。 QuEra 的 Aquila 计算机占地面积小，可以在室温下运行，其功率要求不到 10kW，即使经过几代产品的发展，它消耗的兆瓦仍然只是超级计算机的一小部分。

量子计算机的能源效率极大地影响了高性能计算（HPC）中心的利益。虽然量子计算机解决棘手问题的能力仍然是人们关注的一个关键领域，但它不再是唯一的标准。高性能计算中心现在对量子计算表现出浓厚的兴趣，即使这些系统可以解决与超级计算机相同的问题，但能源成本却只有其一小部分。这种兴趣的转变凸显了人们对量子计算潜力的认识，即提供与传统超级计算机类似的计算结果，但能显着提高能源效率。

考虑到这些先进系统独特的操作原理，对量子计算中数据加载的担忧是合理的。与可以轻松加载和存储大量数据的经典计算机不同，量子计算机目前在该领域面临局限性。然而，值得注意的是，为了解决这个问题正在进行广泛的研究。科学家和工程师正在探索各种方法来增强量子计算机中的数据加载，其中正在开发量子 RAM (qRAM) 等有前途的技术。

另一种解决方案是使用混合量子经典系统。另一种方法是使用数据缩减技术，例如主成分分析 (PCA)。 PCA 可用于选择最相关的数据输入量子计算机。通过降低数据维度并仅保留最重要的变量，PCA 可以帮助缓解数据加载问题，使量子系统的过程更加易于管理和高效。

当然，用现实主义来调和乐观主义很重要。尽管量子计算在节能方面具有巨大潜力，但该技术仍处于起步阶段，并且还有许多挑战需要克服。量子计算所承诺的节能是否会超过其支持基础设施消耗的能源，目前尚无定论。

虽然量子计算的节能目前看起来更像是虚构的而不是事实，但还是有希望的。随着不断的研究和开发、不同部门之间的合作以及量子技术的创新，量子计算很可能成为未来节能的重要贡献者。

参考链接：https://www.hpcwire.com/2023/06/20/energy-savings-with-quantum-computing-fact-or-fiction/