Представьте: вы готовите попкорн. Микроволновая печь направляет энергию прямо в зёрна, почти не тратя её на разогрев посуды или воздуха. А вот газовая плита греет и конфорку, и воздух вокруг — значительная часть энергии уходит в «никуда». Эта бытовая аналогия хорошо отражает разницу между квантовым чипом на фотонах и классическим суперкомпьютером при решении особой задачи, предложенной Скоттом Ааронсоном. Задача по сути сводится к расчёту того, как свет запутывается в сложной системе зеркал, — и она служит идеальным тестом для квантовой машины.

Ключ к экономии кроется в понятии энтропии — меры беспорядка и теплового рассеяния. Классические вычисления неизбежно порождают много энтропии: миллиарды транзисторных переключений превращают часть энергии в тепло, которое нужно отводить. Фотонный чип устроен иначе: кванты света летят в нём со скоростью света и почти не взаимодействуют ни друг с другом, ни с окружением. Из-за этого «информационного трения» возникает куда меньше, и уровень «мусорного» тепла резко падает. Выполняя точный счёт отдельных фотонов на выходе чипа, учёные подтверждают: энергия расходуется именно на получение результата, а не на борьбу с нарастающим хаосом.

Любопытно, что квантовый процессор начинает выигрывать у классического по энергопотреблению раньше, чем по скорости вычислений. Иными словами, даже когда квантовый ускоритель ещё не обгоняет суперкомпьютер по времени, он уже может тратить заметно меньше электричества. Это открывает путь к будущему, в котором квантовые сопроцессоры возьмут на себя самые энергоёмкие задачи и помогут радикально сократить углеродный след дата-центров.