Senkung des Stromverbrauchs von Rechenzentren durch Quantencomputer

Rechenzentren sind das Herzstück des Internets. Ganz gleich, ob Sie komplexe biologische Systeme modellieren oder den Social-Media-Post von jemandem liken, Rechenzentren spielen eine wesentliche Rolle.

Unsere zunehmende Abhängigkeit von der Informationstechnologie hat jedoch einen Preis: die zunehmende Abhängigkeit von Energie. Der größte Teil dieses Wachstums kommt aus dem Industriesektor, der mehr als doppelt so viel Energie verbraucht wie der Haushaltssektor. Die Nachhaltigkeit von Rechenzentren hängt noch mehr von den Maßnahmen großer Unternehmen als vom Verbraucherverhalten ab.

Im Jahr 2018 waren Rechenzentren weltweit für über 2 % des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich - eine erstaunliche Zahl. Heute gibt es über 6000 Rechenzentren auf der ganzen Welt. Branchen, die Rechenzentren nutzen, sind für großartige Innovationen wie Arzneimittelentdeckung, maschinelles Lernen, Wettervorhersage, Verkehrsoptimierung und vieles mehr verantwortlich. Mit der Beantwortung weiterer Fragen werden viele neue Fragen aufgeworfen, wodurch der Bedarf an besserer, schnellerer und fortschrittlicherer Technologie steigt.

Wenn wir diesen Weg des ungebremsten Wachstums fortsetzen, wird die Nutzung von Rechenzentren weiter zunehmen und damit auch der Energieverbrauch für deren Betrieb. Eine düstere Zukunft könnte in Reichweite sein.

Wir haben zwei Möglichkeiten: die Innovation und alles, was mit Energie zu tun hat, zu stoppen, oder das Wachstum fortzusetzen, aber auf eine energiebewusste Weise. Wir können uns wahrscheinlich einstimmig darauf einigen, dass Letzteres der richtige Weg ist. Eine sich abzeichnende Lösung, um Innovationen voranzutreiben und sogar zu beschleunigen und gleichzeitig den Energieverbrauch zu senken, ist das Quantencomputing.

Wenn komplexe Probleme in geeigneter Weise in Quantencomputer-Code übersetzt werden, können Quantencomputer eine viel höhere Leistung erbringen und gleichzeitig viel weniger Energie verbrauchen.

Googles "Quantum Supremacy" -Experiment von 2019 verglich die Ausführungszeit des Algorithmus auf Quanten- und klassischen Computern, aber ein interessantes Nebenprodukt dieses Experiments war ein Vergleich des Energieverbrauchs. Eine Studie von NASA, Google und Oak Ridge National Lab verglich den Energieverbrauch eines Supercomputers mit dem eines Quantencomputers, der das gleiche Problem löste. Der Quantencomputer benötigte nur einen winzigen Bruchteil, nämlich nur 0,002 % der Energie des Supercomputers. Es könnte sein, dass wir mit Hilfe von Quantencomputern eine nachhaltigere Zukunft gestalten können.

Quantencomputer sind aus folgenden Gründen effizienter: Ein herkömmlicher Computer in einem Rechenzentrum kann Milliarden von Transistoren verwenden, bei einem Quantencomputer hingegen sind es Hunderte, Tausende oder sogar Millionen. Abhängig von der jeweiligen Implementierung kann ein Qubit auch nur ein einziges Atom sein. Das bedeutet, dass man nur genug Energie benötigt, um Millionen von Atomen anzuregen oder zu bewegen, anstatt Milliarden von Transistoren. Wenn ein Problem richtig kodiert ist, können Quantencomputer außerdem riesige Datensätze parallel analysieren, während klassische Computer sie seriell analysieren müssen.

Es muss erwähnt werden, dass Quantencomputer die klassischen Computer nicht in allen oder sogar in den meisten Rechenzentrumsanwendungen ersetzen werden. Aber bestimmte Rechenaufgaben wie Optimierungen, chemische Simulationen und einige Arten des maschinellen Lernens scheinen vielversprechende Anwendungen für Quantencomputer zu sein.

Wie kommen wir dahin? Es scheint, dass jeden Monat größere Quantencomputer angekündigt werden. Das Rennen um die Quantenhardware ist in vollem Gange.

Aber wir müssen sicherstellen, dass die Software mithalten kann. Sind wir bereit, die Quantencomputer zu programmieren, die die klassischen Computer übertreffen werden? Die Lernkurve bei der Entwicklung von Quantenalgorithmen ist steil, und Kodierungsverfahren, die für kleine Quantencomputer funktionieren, sind für größere Maschinen unzureichend. Es besteht ein akuter Bedarf an Software, die mit der sich verbessernden Hardware Schritt halten kann.

Neue Softwareplattformen wie Classiq bieten eine Umgebung für den Entwurf komplexer Quantenschaltungen, die von Hand unmöglich zu erstellen wären, und helfen Quantencomputern, ihr Potenzial auszuschöpfen, und machen die Quanteninformatik auch einem größeren Kreis von Nicht-Quantenexperten zugänglich.

Mit der richtigen Software können Quantencomputer dem Planeten nicht nur durch die Entwicklung besserer Batterien für Elektrofahrzeuge oder umweltfreundlicherer Methoden zur Herstellung von Düngemitteln helfen, sondern auch durch die Eindämmung unseres Energieverbrauchs.