Dentro de la “primicia interna” de la tecnología cuántica: ciencia cuántica y del cambio climático

Reeditado por Platón

seguidores: 0

La ciencia del cambio climático puede ofrecer algunas oportunidades únicas para la computación cuántica, desde redes de energía más eficientes hasta mejores baterías.

By kenna hughes-castleberry publicado el 14 abr 2023

El cambio climático es uno de los mayores retos que enfrenta la humanidad hoy en día, y los científicos de todo el mundo están trabajando incansablemente para comprender sus causas y encontrar soluciones. Un área de investigación que es una solución particularmente prometedora es la computación cuántica. Esta tecnología de punta tiene el potencial de revolucionar nuestra comprensión del cambio climático y ayudarnos a desarrollar estrategias más efectivas para mitigar sus efectos. “A medida que maduran algunas tecnologías de computación cuántica, podrían acelerar, mejorar e introducir soluciones innovadoras que contribuyan a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), así como nuevas soluciones de almacenamiento de energía y nuevas tecnologías de reciclaje, solo por nombrar algunas”, explicó. Maëva Ghonda, el presidente del Quantum AI Institute y el experto en sostenibilidad y presidente de la Junta Asesora de Cambio Climático de Computación Cuántica para Cuántica IEEE, una de las principales redes internacionales de computación cuántica.

Hacer mejores modelos

Debido a que la ciencia del cambio climático involucra una gran cantidad de variables, desde el aumento de las temperaturas hasta la acidez del océano, modelar las fluctuaciones previstas a lo largo del tiempo puede ser un desafío. Estos modelos son increíblemente complejos, e incluso las supercomputadoras más poderosas tienen dificultades para ejecutarlos de manera oportuna. Sin embargo, las computadoras cuánticas tienen el potencial de realizar estas simulaciones de manera mucho más rápida y precisa que las computadoras tradicionales. Mediante el uso basado en la dinámica de fluidos simulaciones, las computadoras cuánticas pueden proporcionar una imagen mucho más detallada y precisa de cómo está cambiando el clima de la Tierra y cómo es probable que cambie en el futuro. Como también se predice que la computación cuántica impulsará la optimización de modelos y simulaciones, esta optimización también podría usarse para mejorar varios modelos científicos del cambio climático, lo que permitiría a los investigadores aprender más sobre los posibles resultados.

Energizando las Redes Energéticas

Otra área en la que la computación cuántica podría tener un impacto significativo en la investigación del cambio climático es el desarrollo de sistemas energéticos más eficientes y sostenibles. Uno de los mayores desafíos que enfrentan las tecnologías de energía renovable como la eólica y la solar es su naturaleza intermitente: producen energía cuando sopla el viento o brilla el sol, pero no necesariamente cuando la necesitamos. Los algoritmos de computación cuántica pueden ayudar a determinar ubicaciones que son mejores para recolectar estas fuentes de energía renovable, aumentando la producción. Como Markus Pflitsch, director general de Tierra Cuántica, escribió en una reciente Forbes artículo: “La computación cuántica puede permitir simulaciones climáticas más precisas basadas en cientos de años de datos meteorológicos históricos para ayudar a predecir la producción de energía de un marco de tiempo particular, eliminando o reduciendo la inestabilidad de la red. A través de un mejor equilibrio de la red y predicciones de suministro, la tecnología cuántica podría acelerar el uso de fuentes de energía renovables”.

La computación cuántica también puede ayudar a crear dispositivos electrónicos más eficientes energéticamente. Por ejemplo, la computación cuántica podría usarse para diseñar mejores baterías que puedan almacenar energía de manera más efectiva o para desarrollar paneles solares más eficientes que puedan producir más energía a partir de la misma cantidad de luz solar. Dado que la computación cuántica ya está mostrando un éxito increíble en el análisis químico y la ciencia de los materiales, podría cambiar el juego en la fabricación de materiales más eficientes. "Tantas tecnologías bajas en carbono involucran sistemas complejos, particularmente en torno a la química y la ciencia de los materiales, que nadie entiende por completo", explicó Jeremy O'Brien, director ejecutivo y cofundador de psicuántica en un artículo reciente para Mc Kinsey Digital. “Todo el mundo se esfuerza por encontrar un nuevo catalizador o electrolito que nos proporcione una captura de carbono más barata o mejores baterías eléctricas. En este momento, tenemos que probar miles de combinaciones moleculares, lo que significa experimentos de laboratorio de prueba y error largos y enormemente costosos, con mejoras marginales a menudo decepcionantes”. En cambio, la computación cuántica podría agilizar este proceso, creando dispositivos más ecológicos que podrían alimentar nuestros automóviles, hogares y ciudades.

Reducción de las emisiones de gases

Además del modelado y las ciencias de los materiales, la computación cuántica también podría usarse para ayudar a mitigar los efectos del cambio climático mediante el desarrollo de sistemas de transporte más eficientes y sostenibles. Mediante el uso de algoritmos cuánticos para optimizar el flujo de tráfico y reducir la congestión, por ejemplo, es posible reducir las emisiones de automóviles y camiones, que son los principales contribuyentes a las emisiones de gases de efecto invernadero. “Los vehículos parados en el tráfico gastan grandes cantidades de combustible sin producir ningún resultado positivo”, agregó Pflitsch en su artículo. “La tecnología cuántica puede planificar rutas de manera más eficiente mediante el uso de datos históricos y entradas en tiempo real para mantener los vehículos rodando en los atascos de tráfico y en las rutas más eficientes en combustible”. Debido a que la población del mundo está aumentando significativamente, necesitaremos mejores infraestructuras energéticas para nuestras ciudades y países. Estas infraestructuras serán difíciles de desarrollar y escalar, que es donde la computación cuántica podría resultar útil. Usando varios algoritmos, la computación cuántica podría mostrar cómo construir las redes más efectivas y energéticamente eficientes para nuestras ciudades en crecimiento.

Lo que las empresas de computación cuántica están haciendo actualmente con la ciencia del cambio climático

Hay muchas empresas y organizaciones de computación cuántica diferentes que buscan aplicar la computación cuántica a la ciencia del cambio climático. Empresas como IBM y carril fluvial ya cuentan con programas de investigación que buscan utilizar la computación cuántica para mejorar la vida útil y la eficiencia de la batería. Otros, como el Cuántica IEEE, celebrar cumbres sobre el cambio climático. De hecho, marzo de 2023 marca el segundo año de Quantum Computing Climate Change de IEEE Quantum. Cumbre. Ghonda lideró la creación de este evento y continúa viendo su promesa cada año. “Un cambio significativo solo será posible con un esfuerzo conjunto y colaborativo habilitado por asociaciones público-privadas multinacionales”, agregó. Eventos como estos pueden ayudar a mantener la ciencia del cambio climático como un caso de uso frecuente para que se centren varias empresas de computación cuántica, organizaciones e incluso gobiernos nacionales.

Para Ghonda, se deben tomar otros pasos más definitivos si la computación cuántica realmente podría beneficiar el cambio climático. “Se necesitan acciones audaces para que la computación cuántica ayude a crear políticas más respetuosas con el medio ambiente”, afirmó. “Propongo la creación de una nueva disciplina: ciencia cuántica del clima. Mi definición de esta nueva disciplina que he propuesto es la siguiente: la ciencia climática cuántica es un campo emergente que se ocupa del cálculo de los efectos cuánticos en los sistemas climáticos. La legislación y los incentivos regulatorios que promuevan la ciencia climática cuántica podrían ayudar a acelerar la investigación y el desarrollo de la computación cuántica para casos de uso de mitigación climática”.

Kenna Hughes-Castleberry es redactora de Inside Quantum Technology y comunicadora científica en JILA (una asociación entre la Universidad de Colorado Boulder y el NIST). Sus ritmos de escritura incluyen tecnología profunda, metaverso y tecnología cuántica.