Inside Quantum Technologys "Inside Scoop:" Quantum and Climate Change Science

Klimaforandringerne er en af ​​de største udfordringer menneskeheden står over for i dag, og videnskabsmænd over hele verden arbejder utrætteligt på at forstå årsagerne og finde løsninger. Et forskningsområde, der er en særlig lovende løsning, er kvanteberegning. Denne banebrydende teknologi har potentialet til at revolutionere vores forståelse af klimaændringer og hjælpe os med at udvikle mere effektive strategier til at afbøde dens virkninger. "Efterhånden som nogle kvantecomputerteknologier modnes, kunne de accelerere, forbedre og introducere innovative løsninger, der bidrager til reduktion af drivhusgasemissioner (GHG) såvel som nye energilagringsløsninger og nye genbrugsteknologier - for blot at nævne nogle få," forklarede Maëva Ghonda, formanden for Quantum AI Institute og bæredygtighedseksperten og formanden for Quantum Computing Climate Change Advisory Board for IEEE Quantum, et førende internationalt kvantecomputernetværk.

At lave bedre modeller

Fordi videnskab om klimaændringer involverer en lang række variabler, fra stigende temperaturer til havets surhedsgrad, kan modellering af de forudsagte udsving over tid være udfordrende. Disse modeller er utroligt komplekse, og selv de mest kraftfulde supercomputere kæmper for at køre dem rettidigt. Kvantecomputere har dog potentialet til at udføre disse simuleringer meget hurtigere og mere præcist end traditionelle computere. Ved hjælp af væskedynamik-baseret simuleringer, kan kvantecomputere give et meget mere detaljeret og præcist billede af, hvordan Jordens klima ændrer sig, og hvordan det sandsynligvis vil ændre sig i fremtiden. Da kvanteberegning også forventes at øge optimeringen af ​​modeller og simuleringer, kan denne optimering også bruges til at forbedre forskellige videnskabelige modeller for klimaændringer, så forskerne kan lære mere om mulige resultater.

Opstart af energinet

Et andet område, hvor kvanteberegning kan have en betydelig indvirkning på klimaændringsforskningen, er udviklingen af ​​mere effektive og bæredygtige energisystemer. En af de største udfordringer, som vedvarende energiteknologier som vind- og solenergi står over for, er deres intermitterende natur – de producerer energi, når vinden blæser, eller solen skinner, men ikke nødvendigvis, når vi har brug for det. Kvanteberegningsalgoritmer kan hjælpe med at bestemme steder, der er bedre til at høste disse vedvarende energikilder, hvilket øger output. Som Markus Pflitsch, administrerende direktør for Terra Quantum, skrev i en nylig Forbes artikel: "Kvanteberegning kan muliggøre mere nøjagtige vejrsimuleringer baseret på hundreder af år med historiske vejrdata for at hjælpe med at forudsige energiproduktionen i en bestemt tidsramme, eliminere eller reducere nettets ustabilitet. Gennem bedre netbalancering og forsyningsforudsigelser kan kvanteteknologi accelerere brugen af ​​vedvarende energikilder."

Quantum computing kan også være med til at skabe mere energieffektive elektroniske enheder. For eksempel kunne kvantecomputere bruges til at designe bedre batterier, der kan lagre energi mere effektivt eller til at udvikle mere effektive solpaneler, der kan producere mere energi fra den samme mængde sollys. Da kvantecomputere allerede viser utrolig succes inden for kemisk analyse og materialevidenskab, kan det være spilskiftende i fremstillingen af ​​mere effektive materialer. "Så mange kulstoffattige teknologier involverer komplekse systemer, især omkring kemi og materialevidenskab, som ingen fuldt ud forstår," forklarede Jeremy O'Brien, CEO og medstifter af PsiQuantum i en nylig artikel for McKinsey Digital. "Alle kæmper for at finde en ny katalysator eller elektrolyt, der vil give os billigere kulstoffangst eller bedre elektriske batterier. Lige nu skal vi teste tusindvis af molekylære kombinationer, hvilket betyder langvarige og enormt dyre laboratorieforsøg med ofte skuffende, marginale forbedringer." I stedet kunne kvantecomputere strømline denne proces og skabe grønnere enheder, der kunne drive vores biler, hjem og byer.

Reduktion af gasemissioner

Udover modellering og materialevidenskab kan kvantecomputere også bruges til at afbøde virkningerne af klimaændringer ved at udvikle mere effektive og bæredygtige transportsystemer. Ved at bruge kvantealgoritmer til at optimere trafikafviklingen og reducere trængslen, kan det for eksempel være muligt at reducere emissionerne fra biler og lastbiler, som er store bidragydere til udledningen af ​​drivhusgasser. "Køretøjer, der sidder i trafikken, bruger rigelige mængder brændstof, mens de ikke producerer noget positivt resultat," tilføjede Pflitsch i sin artikel. "Quantum-teknologi kan muligvis planlægge ruter mere effektivt ved at bruge historiske data og realtidsinput til at holde køretøjer kørende rundt om trafikpropper og på de mest brændstofeffektive ruter." Fordi verdens befolkning stiger markant, får vi brug for bedre energiinfrastrukturer til vores byer og lande. Disse infrastrukturer vil være svære at udvikle og skalere, og det er her, kvanteberegning kan komme til nytte. Ved hjælp af forskellige algoritmer kunne kvanteberegning vise, hvordan man bygger de mest effektive og energieffektive net til vores voksende byer.

Hvad kvantecomputervirksomheder i øjeblikket gør med klimaændringsvidenskab

Der er mange forskellige quantum computing virksomheder og organisationer, der ser på at anvende kvante computing til klimaændringsvidenskab. Virksomheder som IBM og Riverlane har allerede forskningsprogrammer på plads, der søger at bruge kvantecomputere til at forbedre batteriets levetid og effektivitet. Andre, som IEEE Quantum, holde klimatopmøder. Faktisk markerer marts 2023 det andet år for IEEE Quantums Quantum Computing Climate Change Topmøde. Ghonda ledede oprettelsen af ​​denne begivenhed og fortsætter med at se dens løfte hvert år. "Væsentlige ændringer vil kun være mulige med forenet, samarbejdsindsats muliggjort af multinationale offentlig-private partnerskaber," tilføjede hun. Begivenheder som disse kan hjælpe med at holde klimaændringsvidenskab som en udbredt brugssag for forskellige kvantecomputervirksomheder, organisationer og endda nationale regeringer at fokusere på.

For Ghonda skal der tages andre mere definitive skridt, hvis kvanteberegning virkelig kunne gavne klimaændringerne. "Der er brug for dristige handlinger, hvis kvantecomputere skal hjælpe med at skabe mere miljøvenlige politikker," sagde hun. "Jeg foreslår oprettelsen af ​​en ny disciplin: kvanteklimavidenskab. Min definition af denne nye disciplin, som jeg har foreslået, er som følger: kvanteklimavidenskab er et spirende felt, der beskæftiger sig med beregningen af ​​kvanteeffekter på klimasystemer. Lovgivning og reguleringsmæssige incitamenter, der fremmer kvanteklimavidenskab, kan hjælpe med at fremskynde kvanteberegningsforskning og -udvikling til brugssager til klimabegrænsning."

Kenna Hughes-Castleberry er medarbejderskribent hos Inside Quantum Technology og Science Communicator på JILA (et partnerskab mellem University of Colorado Boulder og NIST). Hendes skrivebeats inkluderer deep tech, metaverset og kvanteteknologi.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Udmøntning af fremtiden med Adryenn Ashley. Adgang her.
• Kilde: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-climate-change-science/