Computing
Stratosferische Quantum Datacenters: De Volgende Cloud
Wat als “cloud computing” letterlijk wordt? Wetenschappers onderzoeken het inzetten van geavanceerde computers in de stratosfeer om een van de kernproblemen van quantumcomputing aan te pakken.
Indien ingezet, kan deze unieke manier om het probleem op te lossen besparen op koelkosten en de manier waarop we ‘cloud computing’ kennen en over denken volledig veranderen.
TL;DR
-
-
Quantumcomputers vereisen extreme koeling, en huidige cryogene systemen maken quantumdatacenters duur, energie-intensief en moeilijk op te schalen.
-
KAUST-onderzoekers stellen voor om quantumprocessors op hoogvliegende luchtschepen te plaatsen, waarbij de natuurlijk koude temperaturen van de stratosfeer de koelbehoefte met tot 21 procent kunnen verminderen.
-
-
Deze luchtplatforms zouden vertrouwen op zonne-energie, optische vrije-ruimteverbindingen en relayballonnen om verbinding te maken met gronddatacenters, terwijl ze flexibele, verplaatsbare rekenkracht bieden.
-
Vroege modellering suggereert dat de aanpak meer qubits met lagere foutpercentages kan ondersteunen, wat wijst op een toekomst waarin quantumcomputing en cloud computing letterlijk in de wolken samenkomen.
De Groeiende Kosten van het Koelen van Quantum Datacenters
Quantumcomputers zijn een type computer die gebruikmaakt van quantummechanica om complexe berekeningen veel sneller uit te voeren dan klassieke computers.
In tegenstelling tot klassieke computers, die gegevens opslaan en verwerken in bits (nullen of enen), gebruiken quantumcomputers qubits die zich tegelijkertijd in meerdere toestanden kunnen bevinden, een fenomeen genaamd superpositie, en die ook met elkaar verbonden kunnen zijn, een fenomeen genaamd verstrengeling. Deze eigenschappen stellen quantumcomputers in staat om vele mogelijkheden gelijktijdig te verkennen.
Met qubits als hun fundamentele gegevenseenheid kunnen quantumcomputers geavanceerde parallelle berekeningen uitvoeren en genieten ze van aanzienlijk verhoogde opslagcapaciteit. Qubits zijn echter zeer gevoelig voor omgevingsruis, zoals warmte, trillingen en elektromagnetische interferentie.
Ze zijn eenvoudigweg erg kwetsbaar en worden daarom op extreem lage temperaturen gehouden om fouten door ruis te voorkomen en een goede werking te garanderen.
De meeste quantumsystemen werken zelfs bij temperaturen zo laag als enkele mK tot 10K.
Dus, hoewel quantumdatacenters (QDC’s) de potentie hebben om een taak twee keer zo snel te voltooien als een traditioneel datacenter, verbruiken ze tien keer meer energie vanwege het gebruik van energie-intensieve cryogene koelsystemen.
Als gevolg hiervan is erbehoefte om te kijken naar de thermodynamische aspecten van QDC’som het energieverbruik voor koeling van deze datacenters te verminderen.
Enkele van de belangrijkste koeltechnieken die in datacenters voor quantumchips worden gebruikt, zijn laserkoeling, verdunningskoeling en pulse-tube-koeling, waarbij geavanceerde technologieën zoals het gebruik van het magnetocalorisch effect (een fenomeen waarbij magnetische materialen opwarmen wanneer een magnetisch veld wordt aangelegd en afkoelen wanneer het veld wordt verwijderd) in supersolides ook aan kracht winnen.
Een andere techniek omvat het onderdompelen van quantumcircuits in het zeldzame cryogene vloeistof Helium-3, dat bij extreem lage temperaturen een supervloeistof wordt en unieke quantum-eigenschappen vertoont.
Toch vereist het bereiken en handhaven van cryogene omgevingen voor qubits aanzienlijke kosten en energie, wat een grote barrière vormt voor de adoptie en het opschalen van quantumcomputing als snel opkomende technologie.
Dit vraagt om innovatieve engineeringbenaderingen die hoogwaardige quantumcomputing mogelijk kunnen maken.
Een studie van KAUST-onderzoekers heeft precies dat gedaan door voor te stellen quantumprocessors in te zetten op stratosferische High Altitude Platforms (HAP’s). De processors zullen worden gehuisvest op luchtschepen die door de stratosfeer vliegen op een hoogte van ongeveer 20 kilometer, waar de omgevingstemperatuur -50°C is.
Door gebruik te maken van deze natuurlijk koude omstandigheden, willen de onderzoekers de koelbehoefte van QDC’s aanzienlijk verminderen en duurzame, hoogwaardige quantumcomputing mogelijk maken.
Luchtschepen Omvormen tot Op Zonne-energie Werkende Cryogene Datacenters
Het nieuwe voorstel van onderzoekers van Saoedi-Arabië’s King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), gepubliceerd in het tijdschrift npj Wireless Technology1, beschrijft een nieuw kader voor het inzetten van quantumcomputers in de stratosfeer met behulp van luchtschepen, of blimps.
Het toont ook aan dat hun unieke benadering voor groene, flexibel inzetbare quantumcomputing in de bovenste atmosfeer superieure energie-efficiëntie biedt. Bovendien presteert het systeem computationeel beter dan traditionele grondgebonden datacenters.
“Door boven de wolken en weersystemen te opereren, heeft het luchtschip toegang tot voorspelbare en onbelemmerde zonnestraling.”
– Hoofdauteur, Basem Shihada van KAUST
Om de koude omstandigheden van de stratosfeer te benutten, stelt het team Quantum Computing-Enabled High Altitude Platforms (QC-HAP’s) voor. Deze stratosferische luchtschepen zullen de quantumapparatuur huisvesten, ingesloten in cryostaten om de vereiste cryogene temperatuur te handhaven.
Ja, cryostaten zijn nog steeds nodig om quantumtoestanden te handhaven, maar op zo’n hoogte verminderen de natuurlijk lage omgevingstemperaturen de benodigde energie voor cryogene koeling drastisch.
Swipe om te scrollen →
| Parameter | Grondgebonden Quantum Datacenter | Stratosferisch QC-HAP Luchtschip |
|---|---|---|
| Omgevingstemperatuur | ~20–25 °C op grondniveau, vereist diepe cryogene stacks | ≈ −50 °C op ~20 km hoogte, vermindert cryogene belasting |
| Koelenergiebehoefte | Hoog, gedomineerd door verdunningskoelkasten en pulse-tube-koelers | Modellering suggereert tot ~21% lagere koelbehoefte vs. grond-QDC’s |
| Primaire energiebron | Netstroom, vaak van gemengde fossiele en hernieuwbare bronnen | Hoge-irradiantie zonne-energie plus lithium-zwavelbatterijen voor ‘s nachts |
| Qubit-capaciteit & fouten | Beperkt door koelvermogen en ruis; hogere foutpercentages op schaal | Modellen wijzen op ~30% meer qubits met lagere foutpercentages in sommige architecturen |
| Connectiviteit | Glasvezel en klassieke netwerken; quantumverbindingen nog experimenteel | Optische vrije-ruimteverbindingen met RF-backup en ballonrelais voor langeafstandstoegang |
| Inzetflexibiliteit | Vaste locaties, bouwcycli van meerdere jaren en capex | Verplaatsbare vloot die capaciteit kan verplaatsen naar vraag-hotspots of afgelegen regio’s |
Bovendien zullen de luchtschepen zijn uitgerust met zonnepanelen
