Energetics of Trapped-Ion Quantum Computation

A computação quântica recorre a fenómenos da mecânica quântica para resolver problemas demasiado complexos para os computadores clássicos. O entusiasmo em torno das suas potenciais aplicações tem levado a um investimento crescente de recursos para o desenvolvimento de computadores quânticos escaláveis com desempenhos temporais cada vez melhores.

A questão da eficiência energética dos computadores quânticos, no entanto, apenas ganhou alguma atenção recentemente. Ainda está em falta uma compreensão exacta dos recursos necessários para operar um computador quântico com o desempenho computacional pretendido e da forma como os requisitos energéticos podem afetar a escalabilidade.

Nesta tese, foi estudada uma implementação do algoritmo para a transformada de Fourier quântica numa plataforma de iões confinados. O principal objetivo foi a obtenção de uma caracterização teórica dos custos energéticos da computação quântica, investigando o consumo de energia dos diferentes elementos de um computador quântico de iões confinados.

O algoritmo foi simulado e, incluindo diferentes modelos de ruído na simulação, o seu desempenho na presença de ruído quântico foi analisado. O custo energético da experiência foi estimado através da análise dos seus diferentes componentes e das etapas envolvidas numa computação quântica, desde o arrefecimento e preparação dos iões até à implementação do algoritmo e medição do resultado. Um potencial dimensionamento dos custos energéticos foi discutido e utilizado para procurar um possível limiar para uma vantagem energética quântica sobre os supercomputadores clássicos.