Quantencomputing übernimmt Hochwasservorhersagen in Großbritannien

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Im Hinblick auf Hochwasservorhersagen arbeiten Multiverse Computing, Oxford Quantum Circuits und Moody's Analytics zusammen, um mithilfe der Quantentechnologie dieses Problem zu lösen.

By Kenna Hughes-Castleberry gepostet am 31. Oktober 2023

Eine neue Partnerschaft zwischen führenden Quantenunternehmen Multiversum-Computing, Moody's Analytics, und Oxford-Quantenschaltungen (OQC) hat sich die Finanzierung von Innovate UK gesichert, um Quantencomputertechniken bei der Entwicklung fortschrittlicher Hochwasservorhersagemodelle zu nutzen und eine Lösung anzubieten, die die Einschränkungen herkömmlicher Methoden übertrifft.

Unter der Aufsicht des britischen Ministeriums für Umwelt, Ernährung und ländliche Angelegenheiten zielt diese Initiative darauf ab, die Widerstandsfähigkeit des Vereinigten Königreichs gegenüber extremen Wetterphänomenen zu stärken, die durch den Klimawandel verstärkt werden. Das Land hofft, seine Anpassungsmaßnahmen durch den Einsatz quantengestützter numerischer Strömungsmechanik zu verbessern.

Die Zusammenarbeit sicherte sich mit ihrem Vorschlag mit dem Titel „Quantum-Assisted Flood Modeling: Pioneering Large-Scale Analysis for Enhanced Risk Assessment“ ihre Position in Phase 1 des Quantum Catalyst Fund der britischen Regierung. Das Hauptziel besteht darin, Quantencomputer zu nutzen, um die rechnerischen Herausforderungen bei der groß angelegten Hochwassermodellierung zu bewältigen. Dies verspricht einen genaueren und effizienteren Risikobewertungs- und Managementprozess.

Multiverse Computing wird sich federführend um die technischen Aspekte kümmern, einschließlich der Formulierung des Problems und der Entwicklung von Algorithmen. OQC soll Quantenhardware und zusätzliche Ressourcen bereitstellen. Moody's Analytics, bekannt für seine Expertise im globalen Risikomanagement, wird Branchenwissen, Datenanforderungen und wertvolle Einblicke in die Recheneffizienz liefern.

Steigende Gezeiten mit dem Klimawandel

Experten gehen davon aus, dass mit der Zunahme die globale Erwärmung, extremer Wetterereignisse, einschließlich Überschwemmungen, werden häufiger auftreten. Ohne genaue Hochwasservorhersagen können sich Regierungen und Bürger nicht angemessen auf zukünftige Überschwemmungsereignisse vorbereiten. Dies macht es für Städte schwierig, sich nach einer katastrophalen Überschwemmung besser zu erholen. „Eine erhöhte Überschwemmungsgefahr ist eine der größten Herausforderungen für das Vereinigte Königreich bei der Anpassung an den Klimawandel“, erklärte Victor Gaspar, Chief Sales Officer bei Multiverse Computing. „Dieses Risiko ist groß genug, um im Laufe der Zeit Auswirkungen auf das Bruttoinlandsprodukt des Landes zu haben.“

Verbesserung der Hochwasservorhersagen

Die aktuelle Landschaft der Hochwassermodellierung stützt sich stark auf zweidimensionale hydrodynamische Modelle. Basierend auf den Flachwassergleichungen (SWE) sind diese Modelle von entscheidender Bedeutung für die Vorhersage von Ereignissen wie Dammbrüchen, Sturmfluten und Flussflutwellen.

Der hohe Rechenaufwand dieser Simulationen schränkt jedoch häufig ihre Skalierbarkeit und Auflösung ein. „Fluiddynamikprobleme sind mit klassischen Computern aufgrund der großen Anzahl beteiligter Variablen rechnerisch nur schwer zu modellieren“, erklärte Gaspar. „Unsere Lösung wird in der Lage sein, diese Variablen erfolgreicher zu verwalten als klassische Lösungen und präzisere Risikovorhersagen bieten.“

Während Lösungen wie paralleles und GPU-basiertes Computing implementiert wurden, um den Prozess zu beschleunigen, eröffnet die Einführung des Quantencomputings neue Horizonte.

Das von diesen drei Mitarbeitern erstellte Projekt wird einen Quantum Physics-Informed Neural Network (QPINN)-Algorithmus verwenden, der klassische Datenverarbeitung mit Quantenverarbeitung unter Verwendung eines Variational Quantum Circuit (VQC) verbindet.

Phase 1 dauert drei Monate und endet am 30. November 2023. Anschließend wird Phase 2 15 Monate dauern und im Januar 2024 beginnen. Der Übergang zur zweiten Phase hängt vom erfolgreichen Abschluss der ersten Phase ab.

Gaspar fügte hinzu: „Wir gehen davon aus, dass unsere Arbeit in Zukunft dazu dienen wird, politische Entscheidungsträger in Wirtschaft und Regierung zu informieren und neue Anreize für eine andere Planung bei erhöhtem Hochwasserrisiko zu schaffen.“ Dazu könnten neue Schutzmaßnahmen für Gebäude an der Küste, fundierte Entscheidungen über Neubauten in Hochrisikogebieten und ein besseres Verständnis des Risikoniveaus für Grundstücke gehören, die derzeit nicht als überschwemmungsgefährdet gelten.“

Kenna Hughes-Castleberry ist Mitarbeiterin bei Inside Quantum Technology und Science Communicator bei JILA (eine Partnerschaft zwischen der University of Colorado Boulder und NIST). Zu ihren Schreibthemen gehören Deep Tech, Quantencomputing und KI. Ihre Arbeit wurde in Scientific American, Discover Magazine, Ars Technica und anderen vorgestellt.