Inside Quantum Technology „Inside Scoop:” Kvantum- és klímaváltozástudomány

Az éghajlatváltozás az egyik legnagyobb kihívások amelyekkel ma szembe kell néznie az emberiséggel, és a tudósok világszerte fáradhatatlanul dolgoznak azon, hogy megértsék okait és megoldásokat találjanak. Az egyik különösen ígéretes megoldás a kutatási terület a kvantumszámítás. Ez az élvonalbeli technológia forradalmasíthatja az éghajlatváltozással kapcsolatos ismereteinket, és segíthet hatékonyabb stratégiák kidolgozásában a hatások mérséklésére. „Amint egyes kvantumszámítási technológiák érnek, felgyorsíthatják, javíthatják és bevezethetik az innovatív megoldásokat, amelyek hozzájárulnak az üvegházhatású gázok (ÜHG) kibocsátásának csökkentéséhez, valamint új energiatárolási megoldásokat és új újrahasznosítási technológiákat – hogy csak néhányat említsünk” – magyarázta. Maëva Ghonda, a Quantum AI Institute elnöke és a fenntarthatósági szakértő, valamint a Quantum Computing Climate Change Tanácsadó Testületének elnöke. IEEE Quantum, vezető nemzetközi kvantumszámítási hálózat.

Jobb modellek készítése

Mivel az éghajlatváltozással foglalkozó tudomány számos változót foglal magában, az emelkedő hőmérséklettől az óceánok savasságáig, az előrejelzett időbeli ingadozások modellezése kihívást jelenthet. Ezek a modellek hihetetlenül összetettek, és még a legerősebb szuperszámítógépek is küzdenek a megfelelő időben történő futtatásukkal. A kvantumszámítógépek azonban képesek sokkal gyorsabban és pontosabban végrehajtani ezeket a szimulációkat, mint a hagyományos számítógépek. Használva folyadékdinamika alapú szimulációk, a kvantumszámítógépek sokkal részletesebb és pontosabb képet adhatnak arról, hogyan változik a Föld klímája, és hogyan fog változni a jövőben. Mivel az előrejelzések szerint a kvantumszámítás elősegíti a modellek és szimulációk optimalizálását, ez az optimalizálás felhasználható különféle éghajlat-változási tudományos modellek fejlesztésére is, lehetővé téve a kutatók számára, hogy többet megtudjanak a lehetséges eredményekről.

Energiahálózatok bekapcsolása

Egy másik terület, ahol a kvantumszámítás jelentős hatással lehet az éghajlatváltozással kapcsolatos kutatásokra, a hatékonyabb és fenntarthatóbb energiarendszerek fejlesztése. A megújuló energiatechnológiák, például a szél- és a napenergia előtt álló egyik legnagyobb kihívás a szakaszos jellegük – akkor termelnek energiát, amikor fúj a szél vagy süt a nap, de nem feltétlenül akkor, amikor szükségünk van rá. A kvantumszámítási algoritmusok segíthetnek meghatározni azokat a helyeket, amelyek alkalmasabbak e megújuló energiaforrások kitermelésére, növelve a kibocsátást. Ahogy Markus Pflitsch, a vezérigazgató Terra Quantum, írta a közelmúltban Forbes cikk: „A kvantumszámítás több száz éves történelmi időjárási adatokon alapuló pontosabb időjárási szimulációkat tesz lehetővé, amelyek segítenek előre jelezni egy adott időszak energiatermelését, megszüntetve vagy csökkentve a hálózat instabilitását. A jobb hálózati kiegyensúlyozás és az ellátási előrejelzések révén a kvantumtechnológia felgyorsíthatja a megújuló energiaforrások használatát.”

A kvantumszámítástechnika segíthet energiahatékonyabb elektronikus eszközök létrehozásában is. A kvantumszámítással például jobb akkumulátorokat lehetne tervezni, amelyek hatékonyabban tárolják az energiát, vagy olyan hatékonyabb napelemeket fejleszthetnek ki, amelyek több energiát tudnak előállítani ugyanannyi napfényből. Mivel a kvantumszámítástechnika már most is hihetetlen sikereket mutat a kémiai elemzés és az anyagtudomány terén, a hatékonyabb anyagok előállítása szempontjából megváltoztató lehet. „Olyan sok alacsony szén-dioxid-kibocsátású technológia összetett rendszereket foglal magában, különösen a kémia és az anyagtudomány területén, amelyeket senki sem ért teljesen” – magyarázta Jeremy O'Brien, a társaság vezérigazgatója és társalapítója. PsiQuantum a közelmúltban megjelent cikkében McKinsey Digital. „Mindenki azon töri a fejét, hogy új katalizátort vagy elektrolitot találjon, amely olcsóbb szén-dioxid-leválasztást vagy jobb elektromos akkumulátorokat biztosít. Jelenleg molekuláris kombinációk ezreit kell tesztelnünk, ami hosszadalmas és rendkívül költséges próba és hiba laboratóriumi kísérleteket jelent, gyakran kiábrándító, marginális fejlesztésekkel.” Ehelyett a kvantumszámítás egyszerűsíthetné ezt a folyamatot, és környezetbarátabb eszközöket hozna létre, amelyek elláthatják autóinkat, otthonainkat és városainkat.

A gázkibocsátás csökkentése

A modellezés és az anyagtudományok mellett a kvantumszámítástechnika is felhasználható lenne a klímaváltozás hatásainak mérséklésére, hatékonyabb és fenntarthatóbb közlekedési rendszerek kifejlesztésével. A forgalom optimalizálására és a torlódások csökkentésére szolgáló kvantum-algoritmusok használatával például csökkenthető az üvegházhatású gázok kibocsátásához főként hozzájáruló személygépkocsik és teherautók kibocsátása. „A forgalomban ülő járművek rengeteg üzemanyagot költenek el, miközben nem produkálnak pozitív eredményt” – tette hozzá cikkében Pflitsch. "A kvantumtechnológia hatékonyabban tervezheti meg az útvonalakat a múltbeli adatok és a valós idejű bemenetek felhasználásával, hogy a járműveket a forgalmi dugók körül és a legüzemanyag-hatékonyabb útvonalakon tartsák." Mivel a világ népessége jelentősen növekszik, városaink és országaink számára jobb energia-infrastruktúrára lesz szükségünk. Ezeket az infrastruktúrákat nehéz lesz fejleszteni és skálázni, ezért a kvantumszámítás hasznos lehet. Különféle algoritmusok felhasználásával a kvantumszámítás megmutathatja, hogyan építhetjük ki a leghatékonyabb és legenergiatakarékosabb hálózatokat növekvő városaink számára.

Mit csinálnak jelenleg a kvantumszámítástechnikai vállalatok az éghajlatváltozással kapcsolatos tudományokkal?

Számos különböző kvantumszámítástechnikai vállalat és szervezet foglalkozik a kvantumszámítástechnika alkalmazásával a klímaváltozás tudományában. Olyan vállalkozások, mint az IBM és Riverlane már vannak olyan kutatási programok, amelyek célja a kvantumszámítás használata az akkumulátor élettartamának és hatékonyságának javítására. Mások, mint a IEEE Quantum, klímaváltozási csúcstalálkozókat tartanak. Valójában 2023 márciusa az IEEE Quantum kvantumszámítógépes klímaváltozásának második éve. Csúcstalálkozó. Ghonda vezette ennek az eseménynek a létrehozását, és továbbra is minden évben látja ígéretét. „Jelentős változás csak a multinacionális köz-magán partnerségek által lehetővé tett egyesített, együttműködési erőfeszítéssel lehetséges” – tette hozzá. Az ehhez hasonló események segíthetnek abban, hogy az éghajlatváltozással kapcsolatos tudomány a különböző kvantumszámítástechnikai vállalatok, szervezetek és még a nemzeti kormányok számára is elterjedt felhasználási terület legyen.

Ghonda számára további, határozottabb lépéseket kell tenni, ha a kvantumszámítás valóban előnyös lehet az éghajlatváltozáshoz. „Merész lépésekre van szükség, ha a kvantumszámítástechnika környezetbarátabb politikákat kíván létrehozni” – szögezte le. „Javaslom egy új tudományág létrehozását: kvantumklíma tudomány. Az általam javasolt új tudományág definíciója a következő: A kvantumklíma tudomány egy olyan feltörekvő terület, amely az éghajlati rendszerekre gyakorolt ​​kvantumhatások kiszámításával foglalkozik. A kvantumklíma-tudományt előmozdító jogszabályok és szabályozási ösztönzők segíthetnek felgyorsítani a kvantumszámítástechnikai kutatást és fejlesztést az éghajlatváltozás mérséklésére irányuló felhasználási esetekre.”

Kenna Hughes-Castleberry az Inside Quantum Technology és a Science Communicator munkatársa a JILA-nál (a Colorado Boulder Egyetem és a NIST partnersége). Írási ütemei közé tartozik a mélytechnológia, a metaverzum és a kvantumtechnológia.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-climate-change-science/