量子计算机的功效如何？

众所周知，量子算法的扩展速度比传统算法快（至少对于某些问题），这意味着对于给定大小的输入，量子计算机将需要数量少得多的逻辑运算。

然而，就每逻辑操作的功耗而言，量子计算机与普通计算机（今天的普通PC）相比如何讨论得还不是很普遍。（由于量子计算机的主要焦点是它们能够以多快的速度计算数据，因此没有被讨论太多吗？）

有人可以解释为什么每个逻辑运算量子计算比传统计算具有更高或更低的功效吗？

和往常一样，现在进行这样的比较还为时过早。设备的功耗将取决于强烈它所使用，对于一个架构。

但是，原则上，没有理由怀疑量子计算机会比执行相同操作的传统设备消耗更多的能量。确实，人们会想到相反的情况，其根本原因是量子计算机（主要）通过单一运算来工作。甲单一操作是可逆的操作，或者，换句话说，在此期间的操作没有任何信息损失到环境中。这样的操作基本上是“完全”节能的（对于一个操作，它不会产生热量）。

因此，原则上，在使用unit运算的量子算法中执行的基本运算在理想情况下可以提高能源效率。这与传统设备的情况形成直接对比，在经典设备中，基本操作是不可逆的，因此每次操作都必须“浪费”一些信息。

话虽这么说，但要注意一百万个警告。例如，现实世界中的量子计算机将不得不处理退相干，因此操作并不是真正的统一。这意味着必须考虑到纠错协议，然后再跟踪整个过程增加的能耗。同样，虽然单一操作是节能的，但实际上，当人们获得测量结果时，必须执行测量，而这些操作是不可逆的操作，通常会破坏信息。在每次这样的测量之后，将需要再次产生信息载体。同样，许多量子计算协议在测试过程中依赖于重复测量计算。可以继续下去，因为这是一个未知的领域。

在某种程度上讨论功耗问题的一项最新工作是1610.02365，作者在其中提出了一种使用光子芯片进行（经典机器学习）信息处理的方法。作者的一个主张是，光子芯片可以利用相干光的自然演化，以极其节能的方式执行操作。 他们没有演示任何形式的量子计算，但是当使用同一设备进行量子信息处理时，它们的能效推理不会有太大变化。

第一个问题的答案（为什么在量子效率和经典能效方面为什么没有像速度讨论得那么频繁？）的部分原因是：该问题不太明确，部分原因是该答案没有那么讨人喜欢。

第二个问题的答案（量子计算机在能量上或多或少地有效？）将随着时间而改变，因为它取决于不同体系结构的技术发展。

目前，量子计算显然在能量效率上较低。最小的经典计算机可以设计成极其便宜，而且在能量方面（例如，Raspberry Pi的 1.5 W（空闲时的平均）到6.7 W（最大压力下））。相比之下，如今，即使量子位的数量远低于100，最大的操作数量也比零点几的实现量级低几个数量级，但建造和操作最小的量子计算机却是一项耗费惊人能源成本的工程壮举。其次是最小的经典计算机。

将来，人们可以推测或考虑基本面。让我们避免猜测，并坚持基本原则：

• 没有绝对的根本物理理由使量子计算机比传统计算机具有更高或更低的能源效率。
• 能源效率将始终取决于架构，从而取决于可用的技术解决方案。
• 为了评估能耗，区分闲置能耗和运营成本始终很重要。

为了详细说明后者，目前在商业和学术环境中的设备都是庞大的。不是ENIAC大小，而是大于一个大冰箱大小。此外，要进行控制，它们需要一台辅助经典计算机。预计每量子位的大小会更好，但不需要辅助经典计算机。

但是，除了直接电功率之外，通常还存在进一步的物理要求，这些要求会消耗能量，并且从根本上需要将设备保持在所需的量子状态。例如，当今流行的体系结构包括不同的固态设备，这些固态设备需要保持在几个开尔文或更低的温度下。这些温度是借助液态氦来实现的，液态氦的液化在能源上非常昂贵（低温气体和电是电子顺磁共振实验室的主要成本，例如MagLab的电子磁共振设施（EMR）或更近的地方）根据我的经验，在ICMol的脉冲电子顺磁共振中）。我没有离子/原子阱的经验，离子阱/原子阱也是流行的体系结构，因此尽管它们需要保持高质量的真空度，但我知道这可能是更节能的。