À l’intérieur du « Inside Scoop » de Quantum Technology : La science quantique et le changement climatique

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La science du changement climatique peut offrir des opportunités uniques pour l'informatique quantique, allant de réseaux énergétiques plus efficaces à de meilleures batteries.

By Kenna Hughes-Castleberry posté le 14 avril 2023

Le changement climatique est l'un des plus grands défis auxquels l'humanité est confrontée aujourd'hui, et les scientifiques du monde entier travaillent sans relâche pour comprendre ses causes et trouver des solutions. Un domaine de recherche qui offre une solution particulièrement prometteuse est l'informatique quantique. Cette technologie de pointe a le potentiel de révolutionner notre compréhension du changement climatique et de nous aider à développer des stratégies plus efficaces pour atténuer ses effets. "Au fur et à mesure que certaines technologies informatiques quantiques mûrissent, elles pourraient accélérer, améliorer et introduire des solutions innovantes qui contribuent à la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) ainsi que de nouvelles solutions de stockage d'énergie et de nouvelles technologies de recyclage - pour n'en nommer que quelques-unes", a expliqué Maeva Ghonda, président du Quantum AI Institute et expert en développement durable et président du conseil consultatif sur le changement climatique de l'informatique quantique pour Quantique IEEE, un réseau informatique quantique international de premier plan.

Faire de meilleurs modèles

Étant donné que la science du changement climatique implique une multitude de variables, de la hausse des températures à l'acidité des océans, la modélisation des fluctuations prévues dans le temps peut être difficile. Ces modèles sont incroyablement complexes et même les superordinateurs les plus puissants ont du mal à les faire fonctionner en temps voulu. Cependant, les ordinateurs quantiques ont le potentiel d'effectuer ces simulations beaucoup plus rapidement et avec plus de précision que les ordinateurs traditionnels. En utilisant basé sur la dynamique des fluides simulations, les ordinateurs quantiques peuvent fournir une image beaucoup plus détaillée et précise de la façon dont le climat de la Terre change et de la façon dont il est susceptible de changer à l'avenir. Comme l'informatique quantique devrait également stimuler l'optimisation des modèles et des simulations, cette optimisation pourrait également être utilisée pour améliorer divers modèles scientifiques du changement climatique, permettant aux chercheurs d'en savoir plus sur les résultats possibles.

Mise sous tension des réseaux énergétiques

Un autre domaine où l'informatique quantique pourrait avoir un impact significatif sur la recherche sur le changement climatique est le développement de systèmes énergétiques plus efficaces et durables. L'un des plus grands défis auxquels sont confrontées les technologies d'énergie renouvelable comme l'énergie éolienne et solaire est leur nature intermittente - elles produisent de l'énergie lorsque le vent souffle ou que le soleil brille, mais pas nécessairement lorsque nous en avons besoin. Les algorithmes d'informatique quantique peuvent aider à déterminer les emplacements qui conviennent le mieux à la récolte de ces sources d'énergie renouvelables, augmentant ainsi la production. Comme Markus Pflitsch, le PDG de Terra Quantique, a écrit dans un récent Forbes article : "L'informatique quantique peut permettre des simulations météorologiques plus précises basées sur des centaines d'années de données météorologiques historiques pour aider à prédire la production d'énergie d'une période donnée, en éliminant ou en réduisant l'instabilité du réseau. Grâce à un meilleur équilibrage du réseau et à des prévisions d'approvisionnement, la technologie quantique pourrait accélérer l'utilisation des sources d'énergie renouvelables.

L'informatique quantique peut également aider à créer des appareils électroniques plus économes en énergie. Par exemple, l'informatique quantique pourrait être utilisée pour concevoir de meilleures batteries qui peuvent stocker l'énergie plus efficacement ou pour développer des panneaux solaires plus efficaces qui peuvent produire plus d'énergie à partir de la même quantité de lumière solaire. Comme l'informatique quantique connaît déjà un succès incroyable dans l'analyse chimique et la science des matériaux, elle pourrait changer la donne en fabriquant des matériaux plus efficaces. « Tant de technologies à faible émission de carbone impliquent des systèmes complexes, en particulier autour de la chimie et de la science des matériaux, que personne ne comprend pleinement », a expliqué Jeremy O'Brien, PDG et co-fondateur de PsiQuantique dans un article récent pour McKinsey numérique. « Tout le monde se bouscule pour trouver un nouveau catalyseur ou électrolyte qui nous permettra de capter le carbone moins cher ou de meilleures batteries électriques. À l'heure actuelle, nous devons tester des milliers de combinaisons moléculaires, ce qui signifie des expériences de laboratoire d'essais et d'erreurs longues et extrêmement coûteuses, avec des améliorations souvent décevantes et marginales. Au lieu de cela, l'informatique quantique pourrait rationaliser ce processus, créant des appareils plus écologiques qui pourraient alimenter nos voitures, nos maisons et nos villes.

Réduction des émissions de gaz

Outre la modélisation et les sciences des matériaux, l'informatique quantique pourrait également être utilisée pour aider à atténuer les effets du changement climatique en développant des systèmes de transport plus efficaces et durables. En utilisant des algorithmes quantiques pour optimiser le flux de trafic et réduire la congestion, par exemple, il peut être possible de réduire les émissions des voitures et des camions, qui sont les principaux contributeurs aux émissions de gaz à effet de serre. "Les véhicules assis dans la circulation dépensent de grandes quantités de carburant sans produire de résultat positif", a ajouté Pflitsch dans son article. "La technologie quantique peut être en mesure de planifier plus efficacement les itinéraires en utilisant des données historiques et des entrées en temps réel pour faire rouler les véhicules dans les embouteillages et sur les itinéraires les plus économes en carburant." Parce que la population mondiale augmente considérablement, nous aurons besoin de meilleures infrastructures énergétiques pour nos villes et nos pays. Ces infrastructures seront difficiles à développer et à mettre à l'échelle, c'est là que l'informatique quantique pourrait s'avérer utile. En utilisant divers algorithmes, l'informatique quantique pourrait montrer comment construire les réseaux les plus efficaces et les plus économes en énergie pour nos villes en croissance.

Ce que les entreprises d'informatique quantique font actuellement avec la science du changement climatique

Il existe de nombreuses entreprises et organisations d'informatique quantique qui envisagent d'appliquer l'informatique quantique à la science du changement climatique. Des entreprises comme IBM et Ruelle ont déjà mis en place des programmes de recherche visant à utiliser l'informatique quantique pour améliorer la durée de vie et l'efficacité de la batterie. D'autres, comme le Quantique IEEE, organiser des sommets sur le changement climatique. En fait, mars 2023 marque la deuxième année du Quantum Computing Climate Change de l'IEEE Quantum Sommet. Ghonda a dirigé la création de cet événement et continue de voir sa promesse chaque année. "Un changement significatif ne sera possible qu'avec des efforts unis et collaboratifs rendus possibles par des partenariats multinationaux public-privé", a-t-elle ajouté. Des événements comme ceux-ci peuvent aider à maintenir la science du changement climatique comme un cas d'utilisation prédominant pour diverses entreprises, organisations et même gouvernements nationaux d'informatique quantique sur lesquels se concentrer.

Pour Ghonda, d'autres mesures plus définitives doivent être prises si l'informatique quantique peut réellement bénéficier au changement climatique. "Des actions audacieuses sont nécessaires si l'informatique quantique doit aider à créer des politiques plus respectueuses de l'environnement", a-t-elle déclaré. « Je propose la création d'une nouvelle discipline : science climatique quantique. Ma définition de cette nouvelle discipline que j'ai proposée est la suivante : la science climatique quantique est un domaine émergent qui s'intéresse au calcul des effets quantiques sur les systèmes climatiques. La législation et les incitations réglementaires qui promeuvent la science climatique quantique pourraient aider à accélérer la recherche et le développement en informatique quantique pour les cas d'utilisation de l'atténuation du climat.

Kenna Hughes-Castleberry est rédactrice à Inside Quantum Technology et communicatrice scientifique à JILA (un partenariat entre l'Université du Colorado à Boulder et le NIST). Ses rythmes d'écriture incluent la technologie profonde, le métaverse et la technologie quantique.