Inside Quantum Technology “Inside Scoop:” kvant- ja kliimamuutuste teadus

Kliimamuutus on üks Suurimad väljakutsed inimkond täna silmitsi seisab ning teadlased üle maailma töötavad väsimatult selle põhjuste mõistmise ja lahenduste leidmise nimel. Üks uurimisvaldkond, mis on eriti paljutõotav lahendus, on kvantarvutus. Sellel tipptehnoloogial on potentsiaal muuta meie arusaama kliimamuutustest ja aidata meil välja töötada tõhusamaid strateegiaid selle mõjude leevendamiseks. "Kui mõned kvantarvutustehnoloogiad saavad küpseks, võivad need kiirendada, täiustada ja kasutusele võtta uuenduslikke lahendusi, mis aitavad kaasa kasvuhoonegaaside (KHG) heitkoguste vähendamisele, samuti uudseid energiasalvestuslahendusi ja uusi ringlussevõtutehnoloogiaid – kui nimetada vaid mõnda," selgitas. Maëva Ghonda, Quantum AI Instituudi esimees ja jätkusuutlikkuse ekspert ja kvantarvutite kliimamuutuste nõuandekogu esimees. IEEE Quantum, juhtiv rahvusvaheline kvantarvutite võrk.

Paremate mudelite tegemine

Kuna kliimamuutuste teadus hõlmab tervet hulka muutujaid, alates temperatuuri tõusust kuni ookeani happesuseni, võib prognoositud kõikumiste modelleerimine aja jooksul olla keeruline. Need mudelid on uskumatult keerukad ja isegi kõige võimsamatel superarvutitel on raskusi nende õigeaegse käivitamisega. Kvantarvutitel on aga potentsiaal sooritada neid simulatsioone palju kiiremini ja täpsemalt kui traditsioonilised arvutid. Kasutades vedelikudünaamikal põhinev simulatsioonide abil saavad kvantarvutid anda palju üksikasjalikuma ja täpsema pildi sellest, kuidas Maa kliima muutub ja kuidas see tõenäoliselt tulevikus muutub. Kuna prognoositakse, et kvantarvutus suurendab mudelite ja simulatsioonide optimeerimist, saaks seda optimeerimist kasutada ka erinevate kliimamuutuste teadusmudelite täiustamiseks, võimaldades teadlastel võimalike tulemuste kohta rohkem teada saada.

Energiavõrkude sisselülitamine

Teine valdkond, kus kvantarvutitel võib olla kliimamuutuste uurimisele märkimisväärne mõju, on tõhusamate ja säästvamate energiasüsteemide väljatöötamine. Taastuvenergia tehnoloogiate, nagu tuule- ja päikeseenergia, üks suurimaid väljakutseid on nende vahelduv iseloom – need toodavad energiat siis, kui puhub tuul või päike paistab, kuid mitte tingimata siis, kui me seda vajame. Kvantarvutusalgoritmid võivad aidata määrata asukohti, mis on nende taastuvate energiaallikate kogumiseks paremad, suurendades toodangut. Nagu Markus Pflitsch, tegevjuht Terra Quantum, kirjutas hiljutises Forbes artikkel: "Kvantarvutus võib võimaldada täpsemaid ilmasimulatsioone, mis põhinevad sadade aastate ajaloolistel ilmastikuandmetel, et aidata ennustada teatud ajaperioodi energiatootmist, kõrvaldades või vähendades võrgu ebastabiilsust. Võrgu parema tasakaalustamise ja tarneprognooside kaudu võib kvanttehnoloogia kiirendada taastuvate energiaallikate kasutamist.

Kvantarvutus võib samuti aidata luua energiasäästlikumaid elektroonikaseadmeid. Näiteks saaks kvantarvutust kasutada paremate patareide kujundamiseks, mis suudavad energiat tõhusamalt salvestada, või tõhusamate päikesepaneelide väljatöötamiseks, mis suudavad toota rohkem energiat sama koguse päikesevalgusest. Kuna kvantarvutus näitab juba uskumatut edu keemilises analüüsis ja materjaliteaduses, võib see tõhusamate materjalide valmistamisel muutuda. "Nii paljud vähese süsinikdioksiidiheitega tehnoloogiad hõlmavad keerulisi süsteeme, eriti keemia ja materjaliteaduse valdkonnas, millest keegi täielikult aru ei saa," selgitas ettevõtte tegevjuht ja kaasasutaja Jeremy O'Brien. PsiQuantum hiljutises artiklis McKinsey Digital. "Kõik otsivad uut katalüsaatorit või elektrolüüti, mis annaks meile odavama süsiniku kogumise või paremad elektriakud. Praegu peame katsetama tuhandeid molekulaarseid kombinatsioone, mis tähendab pikki ja tohutult kulukaid katse-eksituse laborikatseid koos sageli pettumust valmistavate marginaalsete täiustustega. Selle asemel võiks kvantarvutus seda protsessi sujuvamaks muuta, luues keskkonnasõbralikumaid seadmeid, mis võiksid toita meie autosid, kodusid ja linnu.

Gaaside heitkoguste vähendamine

Lisaks modelleerimisele ja materjaliteadustele võiks kvantarvutust kasutada ka kliimamuutuste mõju leevendamiseks, töötades välja tõhusamad ja jätkusuutlikumad transpordisüsteemid. Kasutades näiteks liiklusvoo optimeerimiseks ja ummikute vähendamiseks kvantalgoritme, võib olla võimalik vähendada autode ja veoautode heitkoguseid, mis on kasvuhoonegaaside heitkoguste peamised põhjustajad. "Liikluses istuvad sõidukid kulutavad suures koguses kütust, kuid ei anna positiivset tulemust," lisas Pflitsch oma artiklis. "Kvanttehnoloogia võib olla võimeline marsruute tõhusamalt planeerima, kasutades ajaloolisi andmeid ja reaalajas sisendeid, et hoida sõidukid liiklusummikutes ja kõige kütusesäästlikumatel marsruutidel." Kuna maailma rahvaarv kasvab märkimisväärselt, vajame oma linnade ja riikide jaoks paremat energiataristut. Neid infrastruktuure on raske arendada ja skaleerida, mistõttu võib kvantarvutus olla kasulik. Erinevaid algoritme kasutades võiks kvantarvutus näidata, kuidas ehitada meie kasvavate linnade jaoks kõige tõhusamaid ja energiasäästlikumaid võrke.

Mida kvantandmetöötlusettevõtted praegu kliimamuutuste teadusega teevad?

On palju erinevaid kvantandmetöötluse ettevõtteid ja organisatsioone, kes otsivad kvantarvutuse rakendamist kliimamuutuste teaduses. Ettevõtted nagu IBM ja Riverlane on juba välja töötatud uurimisprogrammid, mille eesmärk on kasutada kvantarvutust aku tööea ja tõhususe parandamiseks. Teised, nagu IEEE Quantum, korraldada kliimamuutuste tippkohtumisi. Tegelikult tähistab 2023. aasta märts IEEE Quantumi kvantarvutite kliimamuutuste teist aastat Tippkohtumine. Ghonda juhtis selle sündmuse loomist ja näeb jätkuvalt igal aastal oma lubadust. "Olulised muutused on võimalikud ainult ühise ja koostööga, mida võimaldavad rahvusvahelised avaliku ja erasektori partnerlused," lisas ta. Sellised sündmused võivad aidata hoida kliimamuutuste teadust erinevate kvantandmetöötlusega tegelevate ettevõtete, organisatsioonide ja isegi riikide valitsuste jaoks levinud kasutusviisina.

Ghonda jaoks on vaja astuda muid kindlamaid samme, kui kvantarvutus võiks tõesti kliimamuutustele kasu tuua. "Kui kvantarvutus aitab luua keskkonnasõbralikumaid poliitikaid, on vaja julgeid meetmeid," märkis ta. "Ma teen ettepaneku luua uus distsipliin: kvantkliima teadus. Minu pakutud uue distsipliini definitsioon on järgmine: kvantkliimateadus on esilekerkiv valdkond, mis tegeleb kliimasüsteemidele avalduvate kvantmõjude arvutamisega. Kvantkliimateadust edendavad õigusaktid ja regulatiivsed stiimulid võivad aidata kiirendada kvantarvutite uurimist ja arendustegevust kliimamuutuste leevendamiseks.

Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technology ja JILA teaduskommunikaatori (Colorado Boulderi ülikooli ja NIST-i vaheline partnerlus) kirjanik. Tema kirjutamissageduste hulka kuuluvad süvatehnoloogia, metaversum ja kvanttehnoloogia.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-climate-change-science/