量子计算有望帮助缓解数据中心增长面临的巨大能耗挑战。QuEra Computing首席商务官Yuval Boger概述了相关案例。应HPCwire的要求，他还包括一份附录，指出当量子计算真正达到广泛的商业用途时，其固有的能源优势将如何发挥仍然存在不确定性，但是节能原则并没有改变。数据中心是全球电力的重要消费者，预计未来几年其份额还将继续上升。2022年，数据中心消耗了约460太瓦时（TWh）的电力，约占全球用电量的2%。预测表明，到2026年，这一消耗量可能会增加到650 TWh至1050 TWh之间，可能占全球电力需求的3.5%。（数据中心动态，以及国际能源署）
在人工智能和云服务快速采用的推动下，这些不断升级的需求促使大型科技公司探索创新的电力解决方案。值得关注的是，亚马逊和谷歌等公司正在投资小型模块化核反应堆，以满足其巨大的电力需求，同时坚持可持续发展目标。这些先进的核技术可以提供可靠的低碳能源（《华尔街日报》）。
量子计算机，如基于中性原子技术的量子计算机，正在成为解决这一挑战的解决方案，为解决复杂问题提供了一种更可持续的方法。
传统的经典系统消耗大量能源，主要来自运行高功率处理器和维护防止过热所需的冷却系统。全球数据中心正在努力应对由于能源效率低下而导致的运营成本上升，这些设施的环境足迹也在持续增长。能源效率已成为寻求在绩效与环境责任之间取得平衡的公司和研究机构的战略要务。
事实上，除了最强大的经典超级计算机500强之外，Green500还发布了全球最节能的超级计算机。
500台最强大的超级计算机的平均功耗为2.1兆瓦，而20台最快的超级计算机消耗超过11兆瓦。相比之下，QuEra的256量子比特量子计算机Aquila的功耗不到10千瓦，大约低1000倍。虽然量子计算机不能解决所有问题，而且只能解决经典超级计算机能力之外的一小部分问题，但量子计算机更多应用的发展将在未来实现可观的净节能。
是什么让量子计算机更高效？这种效率的核心是量子计算机利用叠加和纠缠的能力，使它们能够以经典计算机无法实现的方式处理信息。当经典系统依赖于数百万个处理器来模拟复杂系统或解决某些问题时，量子计算机利用相对较少的量子位来表示和处理指数级更大的数据集。这一根本差异使量子系统能够在消耗一小部分功率的同时实现相同或更好的结果。
量子计算机的能量优势在解决特定类别的问题时变得尤为明显，例如优化、密码任务和量子模拟。经典的超级计算机必须依靠蛮力，执行数十亿或数万亿次操作来彻底搜索解决方案，这转化为巨大的能耗。相比之下，量子算法，如Shor的因式分解算法或Grover的搜索算法，可以更有效地实现相同的结果，减少计算步骤，并进一步降低功耗要求。对于那些同时努力满足计算需求和实现可持续发展目标的行业来说，这种效率将改变游戏规则。
量子计算机的硬件要求进一步强调了它们的能源效率。虽然量子系统通常需要受控环境，如超导量子比特的低温冷却或中性原子的先进激光装置，但与经典超级计算机的广泛服务器场和冷却基础设施相比，这些装置消耗的能量是适度的。例如，为最大的经典系统供电的数据中心可能会消耗数十兆瓦的电力来支持CPU、GPU和冷却系统。相比之下，量子计算机结构紧凑，即使在能力增长的情况下，它们的能源使用也能更有效地扩展。
另一个关键因素是可扩展性。经典超级计算机通过添加更多的处理器、内存和互连来实现更高的性能，这会导致功耗的线性甚至超线性增长。另一方面，量子计算机通过添加几个量子比特来实现计算能力的指数级增长。例如，将量子位的数量加倍会成倍地增加它们可以探索的计算空间的大小，从而在不成比例增加能耗的情况下实现显著的性能提升。随着全球能源问题变得更加紧迫，这种可扩展性使量子系统特别有吸引力。
除了降低能耗，量子计算机还可以解决许多提高能源效率的问题。例如，优化电网、改进电池材料，甚至减少制造过程中的浪费，都是量子算法可以对降低全球能源消耗产生直接影响的领域。
采用量子技术的计算中心将在计算能力和可持续性方面处于领先地位。通过从经典系统过渡到量子系统，这些中心可以在材料科学、物流和气候建模等领域取得突破，这些领域对全球能源消耗有直接影响。
量子计算，特别是中性原子技术，为当今高性能计算中心面临的能源挑战提供了一种变革性的解决方案。通过大幅降低功耗和优化计算任务，量子系统提供了一种可持续的替代方案，可以推动下一个高性能计算时代的发展。然而，今天的量子计算机仍处于早期阶段，在可扩展性、纠错性以及它们可以有效解决的问题范围方面存在局限性。随着技术的不断发展，量子计算机可以帮助高性能计算中心应对功耗挑战，减少能源使用，同时满足其性能需求。通过采用量子解决方案，这些中心将在未来更好地实现其计算和环境目标。
附录
随着量子计算机的扩展和与经典基础设施的集成，它们将有相关的功率要求，特别是对于纠错、控制电子和经典预/后处理等任务。
然而，在评估其整体能源影响时，有几个关键考虑因素：
1.它们所解决问题的性质——众所周知，量子计算机不是传统超级计算机的通用替代品，而是为解决特定的、传统上难以解决的问题而设计的。如果它们取代了呈指数级低效的经典工作负载（例如组合优化、量子模拟、密码任务），那么即使有经典开销，净节能也可能是巨大的。
2.能量扩展优势——与经典高性能计算不同，传统高性能计算的性能提高通常会导致功耗的超线性增加（更多的处理器、内存和互连），量子计算机有可能以指数方式扩展计算能力，而物理量子位和能量使用只会适度增加。
3.初步数据——目前的中性原子量子计算机的运行功率可能比当今领先的超级计算机低3-4个数量级。即使量子系统不断发展并需要更经典的基础设施，缩放趋势表明，相对于计算能力，它们的能源效率仍然非常有利。
也就是说，一个明确的、大规模的比较仍在不断发展，这是正确的。这是一个值得继续研究的领域。
