Une analyse préliminaire suggère que les conceptions d’ordinateurs quantiques industriellement utiles présentent un large spectre d’empreintes énergétiques, dont certaines sont plus grandes que les supercalculateurs existants les plus puissants.
Le supercalculateur El Capitan consomme énormément d’énergie – et certains ordinateurs quantiques pourraient en avoir besoin encore plus
Les grands ordinateurs quantiques sont peut-être capables de résoudre des problèmes impossibles même pour les meilleurs supercalculateurs traditionnels – mais pour ce faire, certains d’entre eux pourraient avoir besoin de beaucoup plus d’énergie que ces supercalculateurs.
Les ordinateurs quantiques existants sont relativement petits, la plupart comportant moins d’un millier de composants appelés qubits. Ils sont également susceptibles de commettre des erreurs pendant leur fonctionnement en raison de la fragilité de ces qubits. Cela rend ces ordinateurs incapables de résoudre les problèmes économiques et industriels dans lesquels ils sont censés exceller, comme l’aide à la découverte de médicaments. Les chercheurs s’accordent largement sur le fait que les ordinateurs quantiques vraiment utiles doivent avoir un nombre de qubits radicalement plus grand et une capacité à corriger les erreurs, ce qui en fait des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes (FTQC). Mais y parvenir reste un formidable défi d’ingénierie, en partie parce qu’il existe plusieurs conceptions concurrentes.
Olivier Ezratty de la Quantum Energy Initiative (QEI), une organisation internationale, affirme que l'une des préoccupations négligées lors de la construction de FTQC à grande échelle est leur consommation potentielle d'énergie. Lors de la conférence Q2B de la Silicon Valley à Santa Clara, en Californie, le 9 décembre, il en a présenté des estimations préliminaires. Étonnamment, plusieurs conceptions du FTQC ont dépassé l'empreinte énergétique des plus grands supercalculateurs du monde.
Le superordinateur le plus rapide du monde, El Capitan, installé au laboratoire national Lawrence Livermore en Californie, a besoin d'environ 20 mégawatts d'énergie électrique, soit environ le triple de la consommation d'énergie de la ville voisine de Livermore, qui compte 88 000 habitants. Selon l'estimation d'Ezratty, deux conceptions de FTQC, mises à l'échelle jusqu'à 4 000 qubits logiques ou corrigés des erreurs, nécessiteraient encore plus. Les plus gourmands d’entre eux pourraient avoir besoin de jusqu’à 200 mégawatts d’énergie.
En basant ses estimations sur des données accessibles au public, des informations exclusives provenant de sociétés d'informatique quantique et des modèles théoriques, Ezratty a identifié un large spectre d'empreintes énergétiques possibles pour les futurs FTQC, allant de 100 kilowatts à 200 mégawatts. Notamment, selon l'estimation d'Ezratty, trois modèles FTQC actuellement en cours de développement nécessiteraient à terme moins de 1 mégawatt d'électricité, ce qui est comparable aux superordinateurs typiques utilisés par les installations de recherche. Selon lui, ce spectre pourrait influencer l'évolution de l'industrie, par exemple en élargissant le marché de l'informatique quantique si les conceptions les moins gourmandes en énergie venaient à dominer.
La grande différence dans la consommation d’énergie projetée reflète principalement la diversité des manières concurrentes dont les entreprises d’informatique quantique construisent des qubits et les utilisent. Dans certains cas, la consommation d'énergie est motivée par la nécessité de maintenir froides différentes parties de l'appareil, par exemple pour certains qubits basés sur la lumière, où les sources et les détecteurs de lumière fonctionnent moins bien lorsqu'ils sont chauds. Ezratty dit que cela peut être particulièrement consommateur d'énergie. Dans d’autres cas, comme pour les qubits fabriqués à partir de circuits supraconducteurs, des puces entières doivent être placées dans des réfrigérateurs géants, tandis que les ordinateurs quantiques basés sur des ions piégés ou des atomes ultra-froids nécessitent de l’énergie pour les lasers et les micro-ondes qui contrôlent les qubits.
Oliver Dial chez IBM, qui fabrique des ordinateurs quantiques supraconducteurs, affirme qu'il s'attend à ce que le FTQC à grande échelle de l'entreprise nécessite un peu moins de 2 ou 3 mégawatts pour fonctionner. Dial affirme que cela ne représente qu'une fraction de ce qui devrait être nécessaire pour les centres de données d'IA à grande échelle, et pourrait être encore plus faible si le FTQC était intégré à un supercalculateur existant. L'équipe de la société d'informatique quantique à atomes ultra-froids QuEra estime que son FTQC nécessiterait environ 100 kilowatts, ce qui se situe à l'extrémité inférieure du spectre d'Ezratty.
Xanadu, qui construit des ordinateurs quantiques basés sur la lumière, et Google Quantum AI, dont les ordinateurs quantiques sont basés sur des qubits supraconducteurs, ont refusé de commenter. PsiQuantum, qui fabrique également des qubits à partir de la lumière, n'a pas répondu Nouveau scientifiquedemande de commentaire.
Ezratty affirme qu'il existe également de nombreux coûts associés à l'électronique traditionnelle utilisée pour diriger et surveiller les qubits, en particulier lorsqu'il s'agit de FTQC où les qubits reçoivent des instructions supplémentaires pour détecter et corriger leurs propres erreurs. Cela complique encore la situation car cela signifie que les détails des algorithmes de correction d'erreurs contribuent également à l'empreinte énergétique des appareils. Et puis il y a la question de savoir combien de temps un ordinateur quantique doit fonctionner pour terminer une opération, car les économies d’énergie résultant de l’utilisation de moins de qubits pourraient être contrecarrées s’ils devaient fonctionner plus longtemps.
Pour démêler tous ces facteurs – le coût énergétique de base de la fabrication des qubits, le coût de leur refroidissement et de leur contrôle, ainsi que le coût et le temps d’exécution des logiciels quantiques – l’industrie devrait développer des normes et des références pour déterminer et rendre compte de l’empreinte énergétique de ses machines, explique Ezratty. Cela fait partie de la mission de QEI. Il affirme que des projets connexes sont en cours aux États-Unis et dans l'Union européenne.
De la même manière que l'ensemble de l'industrie de l'informatique quantique est encore en développement, Ezratty affirme que ses travaux n'en sont qu'à leurs débuts et devraient conduire à des efforts visant à mieux comprendre la consommation d'énergie de la FTQC et à s'appuyer sur cette compréhension pour la réduire. « Il existe de très nombreuses options techniques qui pourraient contribuer à réduire l’empreinte énergétique. »
