بحران انرژی در عصر کوانتوم: یک رایانه کوانتومی چقدر برق می‌نوشد؟

در سال ۲۰۲۶، ما دیگر در مورد احتمال ساخت رایانه‌های کوانتومی صحبت نمی‌کنیم؛ بلکه درباره نحوه ادغام آن‌ها در شبکه‌های ابری ملی بحث می‌کنیم. اما یک سوال اساسی که اغلب در سایه قدرت پردازشی خیره‌کننده این ماشین‌ها پنهان می‌ماند، اشتهای سیری‌ناپذیر آن‌ها برای انرژی است.

چرا کوانتوم تشنه انرژی است؟

برخلاف تصور عمومی، خودِ تراشه کوانتومی یا QPU (واحد پردازش کوانتومی) انرژی بسیار ناچیزی مصرف می‌کند. مشکل اصلی از سیستم‌های پشتیبانی ناشی می‌شود. برای اینکه کیوبیت‌ها (Qubits) بتوانند خواص مکانیک کوانتومی خود را حفظ کنند، باید در دمایی نزدیک به صفر مطلق (حدود ۱۰ میلی‌کلوین) نگهداری شوند. این یعنی سردتر از فضای خارج از جو زمین.

• سیستم‌های تبرید (Cryogenics): یخچال‌های رقیق‌سازی که وظیفه خنک‌سازی را بر عهده دارند، بیشترین سهم را در قبض برق یک مرکز کوانتومی دارند. این سیستم‌ها به صورت ۲۴ ساعته در حال کار هستند.
• الکترونیک کنترل کلاسیک: برای مدیریت کیوبیت‌ها، به هزاران کابل کواکسیال و تجهیزات الکترونیکی کلاسیک نیاز است که خود گرمای زیادی تولید کرده و انرژی مصرف می‌کنند.
• تصحیح خطا (Error Correction): در سال ۲۰۲۶، با افزایش تعداد کیوبیت‌های فیزیکی برای دستیابی به کیوبیت‌های منطقی پایدار، حجم پردازش‌های کلاسیک جانبی برای تصحیح خطا به شدت افزایش یافته است.

مقایسه با ابررایانه‌های کلاسیک

در نگاه اول، مصرف حدود ۲۵ تا ۵۰ کیلووات ساعت برق برای یک رایانه کوانتومی متوسط، زیاد به نظر می‌رسد. اما وقتی این عدد را با مصرف مگاواتی ابررایانه‌های کلاسیک (مانند Frontier یا Aurora) مقایسه می‌کنیم، تصویر تغییر می‌کند. یک رایانه کوانتومی می‌تواند مسئله‌ای را که یک ابررایانه کلاسیک در چندین هفته حل می‌کند، در چند دقیقه به پایان برساند. این یعنی در مقیاس «انرژی به ازای هر عملیات»، کوانتوم برنده بلامنازع است.

آینده سبز پردازش کوانتومی

ما در سال جاری میلادی شاهد پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه «کوانتوم سبز» بوده‌ایم. شرکت‌های پیشرو در منطقه ما اکنون بر روی فناوری‌های زیر تمرکز کرده‌اند:

۱. کیوبیت‌های فوتونیک که در دمای اتاق کار می‌کنند و نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده عظیم را از بین می‌برند.

۲. بهینه‌سازی مدارهای کنترل و استفاده از تراشه‌های کرایو-سیماس (Cryo-CMOS) که مصرف انرژی در بخش کنترل را تا ۷۰ درصد کاهش داده است.

نتیجه‌گیری

اگرچه رایانه‌های کوانتومی در حال حاضر «برق زیادی می‌نوشند»، اما پتانسیل آن‌ها برای حل چالش‌های بزرگ بشری - از طراحی باتری‌های بهتر گرفته تا بهینه‌سازی شبکه‌های توزیع انرژی - می‌تواند بسیار بیشتر از هزینه برق مصرفی‌شان باشد. در سال ۲۰۲۶، چالش ما دیگر «ساختن» نیست، بلکه «پایدار ساختن» این فناوری شگفت‌انگیز است.