Binnenin Quantum Technology's "Inside Scoop:" Kwantum- en klimaatveranderingswetenschap

Binnenin Quantum Technology's "Inside Scoop:" Kwantum- en klimaatveranderingswetenschap

Tijdstempel: 14 april 2023 9:21 uur
De wetenschap op het gebied van klimaatverandering kan enkele unieke kansen bieden voor kwantumcomputing, van efficiëntere energienetwerken tot betere batterijen.
By Kenna Hughes-Castleberry geplaatst op 14 april 2023

Klimaatverandering is er een van grootste uitdagingen waarmee de mensheid vandaag wordt geconfronteerd, en wetenschappers over de hele wereld werken onvermoeibaar om de oorzaken ervan te begrijpen en oplossingen te vinden. Een onderzoeksgebied dat een bijzonder veelbelovende oplossing is, is kwantumcomputing. Deze geavanceerde technologie heeft het potentieel om ons begrip van klimaatverandering radicaal te veranderen en ons te helpen effectievere strategieën te ontwikkelen om de gevolgen ervan te verzachten. "Naarmate sommige kwantumcomputingtechnologieën volwassen worden, kunnen ze innovatieve oplossingen versnellen, verbeteren en introduceren die bijdragen aan de vermindering van de uitstoot van broeikasgassen (BKG), evenals nieuwe oplossingen voor energieopslag en nieuwe recyclingtechnologieën - om er maar een paar te noemen", legt hij uit. Maëva Ghonda, de voorzitter van het Quantum AI Institute en de duurzaamheidsexpert en voorzitter van de Quantum Computing Climate Change Advisory Board for IEEE kwantum, een toonaangevend internationaal kwantumcomputernetwerk.

Betere modellen maken

Omdat de wetenschap over klimaatverandering een hele reeks variabelen omvat, van stijgende temperaturen tot de zuurgraad van de oceaan, kan het een uitdaging zijn om de voorspelde fluctuaties in de loop van de tijd te modelleren. Deze modellen zijn ongelooflijk complex en zelfs de krachtigste supercomputers hebben moeite om ze op tijd uit te voeren. Quantumcomputers hebben echter het potentieel om deze simulaties veel sneller en nauwkeuriger uit te voeren dan traditionele computers. Door het gebruiken van op vloeistofdynamica gebaseerd simulaties kunnen kwantumcomputers een veel gedetailleerder en nauwkeuriger beeld geven van hoe het klimaat op aarde verandert en hoe het waarschijnlijk in de toekomst zal veranderen. Aangezien wordt voorspeld dat kwantumcomputing ook de optimalisatie voor modellen en simulaties zal stimuleren, kan deze optimalisatie ook worden gebruikt om verschillende wetenschappelijke modellen voor klimaatverandering te verbeteren, waardoor onderzoekers meer te weten kunnen komen over mogelijke uitkomsten.

Energienetwerken opstarten

Een ander gebied waarop kwantumcomputing een aanzienlijke impact kan hebben op het onderzoek naar klimaatverandering, is de ontwikkeling van efficiëntere en duurzamere energiesystemen. Een van de grootste uitdagingen voor technologieën voor hernieuwbare energie, zoals wind- en zonne-energie, is hun intermitterende karakter: ze produceren energie wanneer de wind waait of de zon schijnt, maar niet noodzakelijkerwijs wanneer we die nodig hebben. Quantum computing-algoritmen kunnen helpen om locaties te bepalen die beter zijn voor het oogsten van deze hernieuwbare energiebronnen, waardoor de output toeneemt. Zoals Markus Pflitsch, de CEO van Terra Kwantum, schreef in een recente Forbes artikel: "Quantumcomputing kan nauwkeurigere weersimulaties mogelijk maken op basis van honderden jaren historische weergegevens om de energieproductie van een bepaald tijdsbestek te helpen voorspellen, waardoor instabiliteit van het net wordt geëlimineerd of verminderd. Door betere netbalans en leveringsvoorspellingen kan kwantumtechnologie het gebruik van hernieuwbare energiebronnen versnellen.”

Quantumcomputing kan ook helpen om energiezuinigere elektronische apparaten te maken. Quantumcomputing kan bijvoorbeeld worden gebruikt om betere batterijen te ontwerpen die energie effectiever kunnen opslaan of om efficiëntere zonnepanelen te ontwikkelen die meer energie kunnen produceren uit dezelfde hoeveelheid zonlicht. Aangezien kwantumcomputing al ongelooflijk veel succes laat zien in chemische analyse en materiaalwetenschap, zou het baanbrekend kunnen zijn bij het maken van efficiëntere materialen. "Bij zoveel koolstofarme technologieën zijn complexe systemen betrokken, met name op het gebied van scheikunde en materiaalkunde, die niemand volledig begrijpt", legt Jeremy O'Brien, CEO en mede-oprichter van PsiQuantum in een recent artikel voor McKinsey digitaal. "Iedereen probeert een nieuwe katalysator of elektrolyt te vinden die ons een goedkopere koolstofafvang of betere elektrische batterijen zal opleveren. Op dit moment moeten we duizenden moleculaire combinaties testen, wat langdurige en enorm dure trial-and-error laboratoriumexperimenten betekent, met vaak teleurstellende, marginale verbeteringen.” In plaats daarvan zou kwantumcomputing dit proces kunnen stroomlijnen en groenere apparaten kunnen creëren die onze auto's, huizen en steden van stroom kunnen voorzien.

Gasemissies verlagen

Naast modellering en materiaalwetenschappen kan kwantumcomputing ook worden gebruikt om de effecten van klimaatverandering te verminderen door efficiëntere en duurzamere transportsystemen te ontwikkelen. Door bijvoorbeeld kwantumalgoritmen te gebruiken om de verkeersstroom te optimaliseren en congestie te verminderen, kan de uitstoot van auto's en vrachtwagens, die een grote bijdrage leveren aan de uitstoot van broeikasgassen, worden verminderd. "Voertuigen in het verkeer verbruiken grote hoeveelheden brandstof terwijl ze geen positief resultaat opleveren", voegde Pflitsch toe in zijn artikel. "Quantumtechnologie kan mogelijk routes efficiënter plannen door gebruik te maken van historische gegevens en real-time invoer om voertuigen door files en op de meest zuinige routes te laten rollen." Omdat de wereldbevolking aanzienlijk toeneemt, hebben we betere energie-infrastructuren nodig voor onze steden en landen. Deze infrastructuren zullen moeilijk te ontwikkelen en te schalen zijn, en dat is waar kwantumcomputing van pas kan komen. Met behulp van verschillende algoritmen kan kwantumcomputing laten zien hoe de meest effectieve en energie-efficiënte netwerken kunnen worden gebouwd voor onze groeiende steden.

Wat Quantum Computing-bedrijven momenteel doen met de wetenschap over klimaatverandering

Er zijn veel verschillende quantumcomputingbedrijven en -organisaties die quantumcomputing willen toepassen op de wetenschap over klimaatverandering. Bedrijven als IBM en Rivierenweg hebben al onderzoeksprogramma's lopen om kwantumcomputing te gebruiken om de levensduur en efficiëntie van de batterij te verbeteren. Anderen, zoals de IEEE kwantum, klimaattopconferenties houden. In feite markeert maart 2023 het tweede jaar van IEEE Quantum's Quantum Computing Climate Change Top. Ghonda leidde de oprichting van dit evenement en blijft elk jaar zijn belofte inzien. "Aanzienlijke verandering zal alleen mogelijk zijn met verenigde, gezamenlijke inspanning mogelijk gemaakt door multinationale publiek-private partnerschappen," voegde ze eraan toe. Gebeurtenissen als deze kunnen ervoor zorgen dat de wetenschap over klimaatverandering een veelvoorkomende use-case blijft voor verschillende quantumcomputerbedrijven, -organisaties en zelfs nationale overheden om zich op te concentreren.

Voor Ghonda moeten andere, meer definitieve stappen worden genomen als kwantumcomputing echt ten goede kan komen aan de klimaatverandering. "Er zijn gedurfde acties nodig als quantum computing moet helpen bij het creëren van milieuvriendelijker beleid", zei ze. “Ik stel voor om een ​​nieuwe discipline te creëren: kwantum klimaatwetenschap. Mijn definitie van deze nieuwe discipline die ik heb voorgesteld is als volgt: kwantumklimaatwetenschap is een opkomend veld dat zich bezighoudt met de berekening van kwantumeffecten op klimaatsystemen. Wet- en regelgevende stimulansen die kwantumklimaatwetenschap bevorderen, kunnen helpen bij het versnellen van onderzoek naar en ontwikkeling van kwantumcomputing voor gebruiksscenario's voor klimaatmitigatie."

Kenna Hughes-Castleberry is een stafschrijver bij Inside Quantum Technology en de Science Communicator bij JILA (een samenwerking tussen de University of Colorado Boulder en NIST). Haar schrijfritmes omvatten deep tech, de metaverse en kwantumtechnologie.

Tijdstempel:

Meer van Binnen Quantum Technologie