量子コンピューターはどれほど電力効率が良いですか？

誰もが知っているように、量子アルゴリズムは古典的なアルゴリズムよりも速くスケーリングします（少なくとも特定の問題の場合）。つまり、量子コンピュータは、指定されたサイズを超える入力に対して必要な論理演算の数がはるかに少なくなります。

ただし、論理演算あたりの消費電力に関して、量子コンピューターが通常のコンピューター（今日の通常のPC）と比較してどのように比較されるかはそれほど一般的には議論されていません。（量子コンピューターの主な焦点はデータの計算速度にあるため、これはあまり話題になりませんでしたか？）

量子演算が論理演算ごとに従来の演算よりも多かれ少なかれ電力効率になる理由を誰かが説明できますか？

いつものように、このような比較を行うのは時期尚早です。デバイスの消費電力は、使用するアーキテクチャに強く依存します。

ただし、原則として、量子コンピュータが同じ操作を実行する従来のデバイスよりも多くのエネルギーを消費することを疑う理由はありません。実際、逆のことが予想されます。基本的な理由は、量子コンピューターは（ほとんど）単一演算を介して動作するためです。ユニタリ操作は可逆的、すなわち、その間運転操作、又は全く情報が環境に失われません。そのような操作は基本的に「完全に」エネルギー効率が良いです（1つには、熱を生成しません）。

したがって、原則として、ユニタリ演算を使用する量子アルゴリズムで実行される基本演算は、理想的にはエネルギー効率が高くなる可能性があります。これは、基本的な操作が元に戻せないため、必然的にすべての操作である程度の情報を「浪費」する従来のデバイスで使用するものとは正反対です。

これを言っても、考慮すべき100万の警告があります。たとえば、実世界の量子コンピュータはデコヒーレンスを処理する必要があるため、操作は実際には単一ではありません。これは、これを考慮するためにエラー修正プロトコルが必要であることを意味し、このプロセス全体で追加されたエネルギー消費量を追跡する必要があります。また、単一操作はエネルギー効率に優れていますが、実際には測定結果を取得するときに測定を実行する必要があり、これらは通常、情報を破壊する非可逆操作です。そのような各測定の後、情報担体を再び生成する必要があります。また、多くの量子コンピューティングプロトコルは、繰り返し測定に依存している間、計算。これは非常に未知の領域であるので、人は何度も続けることができます。

ある程度の消費電力問題を論じる最近の研究の1つは1610.02365で、著者はフォトニックチップを使用して（古典的な機械学習）情報処理の方法を提示しています。著者の主張の1つは、フォトニックチップにより、コヒーレント光の自然な進化を利用して、非常にエネルギー効率の高い方法で操作を実行できることです。 彼らはいかなる形の量子計算も示していませんが、同じデバイスを量子情報処理に使用しても、エネルギー効率の推論はあまり変わりません。

最初の質問への答え（なぜ、量子vs古典のエネルギー効率は速度ほど頻繁に議論されないのですか？）は、問題が一義的ではないためであり、答えがお世辞ではないためです。

2番目の質問への回答（量子コンピューターは多かれ少なかれエネルギー的に効率的ですか？）は、異なるアーキテクチャーの技術開発に依存するため、時間とともに変化します。

現在のところ、量子コンピューティングは明らかにエネルギー効率が良くありません。最小限の古典的なコンピューターは、エネルギーの面でも非常に安価に設計できます（例：Raspberry Piの 1.5 W（アイドル時の平均）から6.7 W（ストレス下での最大））。対照的に、今日の最小量子コンピューターの構築と操作は、キュービット数が100を大幅に下回り、最大操作数が数分の1第二に、最小限の古典的なコンピューター。

将来的には、推測するか、ファンダメンタルズを考慮することができます。憶測を避け、基本に固執しましょう：

• 量子コンピュータが古典的なものよりも多かれ少なかれエネルギー効率があるという絶対的な基本的な物理的理由はありません。
• エネルギー効率は常にアーキテクチャに依存し、したがって利用可能な技術的ソリューションに依存します。
• エネルギー消費を評価するには、アイドル消費と運用コストを区別することが常に重要です。

後者の点について詳しく述べると、現在のデバイスは、商業的および学術的な設定の両方で、かさばります。ENIACサイズではありませんが、冷蔵庫よりも大きいサイズです。さらに、それらを制御するには、補助的な古典的なコンピューターが必要です。キュービットあたりのサイズはより良くなることが期待されていますが、補助的な古典的なコンピューターの必要性はそうではありません。

しかし、直接電力に加えて、多くの場合、エネルギーを消費し、デバイスを望ましい量子体制に維持するために基本的に必要とされる物理的要件がさらに存在します。たとえば、今日の一般的なアーキテクチャには、数ケルビン以下の温度に保つ必要があるさまざまなソリッドステートデバイスが含まれています。これらの温度は、液化にエネルギー的に非常にコストがかかる液体ヘリウムの助けを借りて達成されます（極低温ガスと電気は、MagLabまたはその近くの電子磁気共鳴施設（EMR）などの電子常磁性共鳴研究所の主なコストの1 つです）私の経験では、ICMolのパルス電子常磁性共鳴セクションで）。一般的なアーキテクチャでもあるイオン/原子トラップの経験はないので、高品質の真空を維持する必要がありますが、これらの方がエネルギー効率が高い可能性があります。