Inside Quantum Technology „Inside Scoop:” Quantum and Climate Change Science

Zmiana klimatu jest jednym z największe wyzwania przed którymi stoi dziś ludzkość, a naukowcy na całym świecie niestrudzenie pracują nad zrozumieniem jej przyczyn i znalezieniem rozwiązań. Obszarem badań, który jest szczególnie obiecującym rozwiązaniem, są obliczenia kwantowe. Ta najnowocześniejsza technologia może zrewolucjonizować nasze rozumienie zmian klimatu i pomóc nam opracować skuteczniejsze strategie łagodzenia ich skutków. „W miarę dojrzewania niektórych technologii obliczeń kwantowych mogą one przyspieszać, ulepszać i wprowadzać innowacyjne rozwiązania, które przyczyniają się do redukcji emisji gazów cieplarnianych (GHG), a także nowatorskie rozwiązania w zakresie magazynowania energii i nowe technologie recyklingu – by wymienić tylko kilka” — wyjaśnił Maeva Gonda, Przewodniczący Instytutu Sztucznej Inteligencji Kwantowej oraz Ekspert ds. Zrównoważonego Rozwoju i Przewodniczący Rady Doradczej Quantum Computing ds. Zmian Klimatu ds. IEEE Quantum, wiodąca międzynarodowa sieć obliczeń kwantowych.

Tworzenie lepszych modeli

Ponieważ nauka o zmianach klimatycznych obejmuje cały szereg zmiennych, od rosnących temperatur po kwasowość oceanów, modelowanie przewidywanych fluktuacji w czasie może być trudne. Modele te są niewiarygodnie złożone i nawet najpotężniejsze superkomputery mają trudności z ich uruchomieniem na czas. Jednak komputery kwantowe mają potencjał do wykonywania tych symulacji znacznie szybciej i dokładniej niż tradycyjne komputery. Używając oparte na dynamice płynów symulacji, komputery kwantowe mogą zapewnić znacznie bardziej szczegółowy i dokładny obraz tego, jak zmienia się klimat na Ziemi i jak prawdopodobnie zmieni się w przyszłości. Ponieważ przewiduje się, że obliczenia kwantowe przyspieszą również optymalizację modeli i symulacji, optymalizacja ta może być również wykorzystana do ulepszenia różnych modeli naukowych dotyczących zmian klimatu, umożliwiając naukowcom zdobycie większej wiedzy na temat możliwych wyników.

Zasilanie sieci energetycznych

Innym obszarem, w którym obliczenia kwantowe mogą mieć znaczący wpływ na badania nad zmianami klimatycznymi, jest rozwój bardziej wydajnych i zrównoważonych systemów energetycznych. Jednym z największych wyzwań stojących przed technologiami energii odnawialnej, takimi jak energia wiatrowa i słoneczna, jest ich przerywany charakter – wytwarzają energię, gdy wieje wiatr lub świeci słońce, ale niekoniecznie wtedy, gdy jej potrzebujemy. Algorytmy obliczeń kwantowych mogą pomóc w określeniu lokalizacji, które są lepsze do pozyskiwania tych odnawialnych źródeł energii, zwiększając produkcję. Jak mówi Markus Pflitsch, dyrektor generalny ds Tera Quantum, napisał w niedawnym Forbes artykuł: „Obliczenia kwantowe mogą umożliwić dokładniejsze symulacje pogody w oparciu o setki lat historycznych danych pogodowych, aby pomóc przewidzieć produkcję energii w określonym przedziale czasowym, eliminując lub zmniejszając niestabilność sieci. Dzięki lepszemu bilansowaniu sieci i przewidywaniom dostaw technologia kwantowa może przyspieszyć wykorzystanie odnawialnych źródeł energii”.

Obliczenia kwantowe mogą również pomóc w tworzeniu bardziej energooszczędnych urządzeń elektronicznych. Na przykład obliczenia kwantowe można wykorzystać do zaprojektowania lepszych baterii, które mogą efektywniej magazynować energię lub do opracowania bardziej wydajnych paneli słonecznych, które mogą wytwarzać więcej energii z tej samej ilości światła słonecznego. Ponieważ obliczenia kwantowe już teraz wykazują niesamowity sukces w analizie chemicznej i materiałoznawstwie, mogą zmienić zasady gry w tworzeniu bardziej wydajnych materiałów. „Tak wiele technologii niskoemisyjnych obejmuje złożone systemy, szczególnie w dziedzinie chemii i materiałoznawstwa, których nikt w pełni nie rozumie” — wyjaśnił Jeremy O'Brien, dyrektor generalny i współzałożyciel firmy Psikwantowe w niedawnym artykule pt Cyfrowy McKinsey. „Wszyscy starają się znaleźć nowy katalizator lub elektrolit, który zapewni nam tańsze wychwytywanie dwutlenku węgla lub lepsze akumulatory elektryczne. W tej chwili musimy przetestować tysiące kombinacji molekularnych, co oznacza długie i niezwykle kosztowne eksperymenty laboratoryjne metodą prób i błędów, z często rozczarowującymi, marginalnymi ulepszeniami”. Zamiast tego komputery kwantowe mogłyby usprawnić ten proces, tworząc bardziej ekologiczne urządzenia, które mogłyby zasilać nasze samochody, domy i miasta.

Obniżenie emisji gazów

Poza modelowaniem i materiałoznawstwem, obliczenia kwantowe mogą być również wykorzystywane do łagodzenia skutków zmiany klimatu poprzez opracowywanie bardziej wydajnych i zrównoważonych systemów transportowych. Na przykład dzięki zastosowaniu algorytmów kwantowych do optymalizacji przepływu ruchu i zmniejszenia zatorów komunikacyjnych możliwe może być ograniczenie emisji z samochodów osobowych i ciężarowych, które w dużym stopniu przyczyniają się do emisji gazów cieplarnianych. „Pojazdy stojące w korku zużywają ogromne ilości paliwa, nie dając żadnych pozytywnych rezultatów” – dodał Pflitsch w swoim artykule. „Technologia kwantowa może być w stanie wydajniej planować trasy, wykorzystując dane historyczne i dane wejściowe w czasie rzeczywistym, aby pojazdy poruszały się po korkach i na najbardziej oszczędnych trasach”. Ponieważ liczba ludności na świecie znacznie wzrasta, będziemy potrzebować lepszej infrastruktury energetycznej dla naszych miast i krajów. Infrastruktury te będą trudne do rozwijania i skalowania, w których przydać się mogą obliczenia kwantowe. Korzystając z różnych algorytmów, obliczenia kwantowe mogą pokazać, jak zbudować najbardziej efektywne i energooszczędne sieci dla naszych rozwijających się miast.

Co firmy zajmujące się komputerami kwantowymi robią obecnie z nauką o zmianach klimatycznych

Istnieje wiele różnych firm i organizacji zajmujących się komputerami kwantowymi, które chcą zastosować obliczenia kwantowe w nauce o zmianach klimatycznych. Firmy takie jak IBM i Rzeczna mają już programy badawcze mające na celu wykorzystanie obliczeń kwantowych w celu poprawy żywotności i wydajności baterii. Inni, jak np IEEE Quantum, organizować szczyty klimatyczne. W rzeczywistości marzec 2023 r. to drugi rok zmiany klimatu Quantum Computing IEEE Quantum Szczyt. Ghonda kierował tworzeniem tego wydarzenia i co roku nadal spełnia obietnicę. „Znaczna zmiana będzie możliwa tylko dzięki zjednoczonemu, wspólnemu wysiłkowi umożliwionemu przez międzynarodowe partnerstwa publiczno-prywatne” – dodała. Wydarzenia takie jak te mogą pomóc utrzymać naukę o zmianach klimatycznych jako dominujący przypadek użycia dla różnych firm zajmujących się komputerami kwantowymi, organizacji, a nawet rządów krajowych.

W przypadku Ghondy należy podjąć inne, bardziej zdecydowane kroki, jeśli obliczenia kwantowe naprawdę mogą przynieść korzyści zmianom klimatycznym. „Potrzebne są odważne działania, jeśli komputery kwantowe mają pomóc w tworzeniu polityk bardziej przyjaznych dla środowiska” – stwierdziła. „Proponuję utworzenie nowej dyscypliny: kwantowa nauka o klimacie. Moja definicja tej nowej dyscypliny, którą zaproponowałem, jest następująca: kwantowa nauka o klimacie to wschodząca dziedzina zajmująca się obliczaniem efektów kwantowych w systemach klimatycznych. Zachęty prawne i regulacyjne, które promują kwantową naukę o klimacie, mogą pomóc przyspieszyć badania i rozwój komputerów kwantowych w przypadkach użycia łagodzenia zmiany klimatu”.

Kenna Hughes-Castleberry jest pisarzem personelu w Inside Quantum Technology i Science Communicator w JILA (partnerstwo między University of Colorado Boulder i NIST). Jej pisarskie bity obejmują deep tech, metaverse i technologię kwantową.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-climate-change-science/