Inside Quantum Technology’s “Inside Scoop:” Quantum And Climate Change Science

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Știința schimbărilor climatice poate oferi câteva oportunități unice pentru calculul cuantic, de la rețele energetice mai eficiente la baterii mai bune.

By Kenna Hughes-Castleberry postat la 14 aprilie 2023

Schimbările climatice sunt una dintre cele mai mari provocări cu care se confruntă omenirea astăzi, iar oamenii de știință din întreaga lume lucrează neobosit pentru a-i înțelege cauzele și a găsi soluții. Un domeniu de cercetare care este o soluție deosebit de promițătoare este calculul cuantic. Această tehnologie de ultimă oră are potențialul de a revoluționa înțelegerea noastră asupra schimbărilor climatice și de a ne ajuta să dezvoltăm strategii mai eficiente pentru atenuarea efectelor acesteia. „Pe măsură ce unele tehnologii de calcul cuantic se maturizează, ele ar putea accelera, îmbunătăți și introduce soluții inovatoare care contribuie la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră (GES), precum și soluții noi de stocare a energiei și noi tehnologii de reciclare – pentru a numi doar câteva”, a explicat. Maëva Ghonda, președintele Institutului Quantum AI și expertul în durabilitate și președintele Consiliului consultativ privind schimbările climatice de calcul cuantic pentru IEEE Quantum, o rețea internațională de calcul cuantică lider.

Realizarea de modele mai bune

Deoarece știința schimbărilor climatice implică o serie întreagă de variabile, de la creșterea temperaturii până la aciditatea oceanului, modelarea fluctuațiilor prezise în timp poate fi o provocare. Aceste modele sunt incredibil de complexe și chiar și cele mai puternice supercomputere se luptă să le ruleze în timp util. Cu toate acestea, calculatoarele cuantice au potențialul de a efectua aceste simulări mult mai rapid și mai precis decât calculatoarele tradiționale. Prin utilizarea bazată pe dinamica fluidelor simulări, calculatoarele cuantice pot oferi o imagine mult mai detaliată și mai precisă a modului în care clima Pământului se schimbă și a modului în care este probabil să se schimbe în viitor. Deoarece calculul cuantic este, de asemenea, prezis să stimuleze optimizarea modelelor și simulărilor, această optimizare ar putea fi, de asemenea, utilizată pentru a îmbunătăți diferite modele științifice ale schimbărilor climatice, permițând cercetătorilor să învețe mai multe despre posibilele rezultate.

Alimentarea rețelelor energetice

Un alt domeniu în care calculul cuantic ar putea avea un impact semnificativ asupra cercetării schimbărilor climatice este dezvoltarea unor sisteme energetice mai eficiente și durabile. Una dintre cele mai mari provocări cu care se confruntă tehnologiile de energie regenerabilă, cum ar fi energia eoliană și solară, este natura lor intermitentă – produc energie atunci când bate vântul sau soarele strălucește, dar nu neapărat atunci când avem nevoie de ea. Algoritmii de calcul cuantic pot ajuta la determinarea locațiilor care sunt mai bune pentru recoltarea acestor surse de energie regenerabilă, crescând producția. Ca Markus Pflitsch, CEO al Terra Quantum, a scris într-un recent Forbes articol: „Calculul cuantic poate permite simulări meteorologice mai precise bazate pe sute de ani de date meteo istorice pentru a ajuta la prezicerea producției de energie într-un anumit interval de timp, eliminând sau reducând instabilitatea rețelei. Prin o mai bună echilibrare a rețelei și previziuni privind furnizarea, tehnologia cuantică ar putea accelera utilizarea surselor de energie regenerabilă.”

De asemenea, calculul cuantic poate ajuta la crearea de dispozitive electronice mai eficiente din punct de vedere energetic. De exemplu, calculul cuantic ar putea fi folosit pentru a proiecta baterii mai bune care pot stoca energie mai eficient sau pentru a dezvolta panouri solare mai eficiente care pot produce mai multă energie din aceeași cantitate de lumină solară. Deoarece calculul cuantic arată deja un succes incredibil în analiza chimică și știința materialelor, ar putea schimba jocul în realizarea de materiale mai eficiente. „Atât de multe tehnologii cu emisii scăzute de carbon implică sisteme complexe, în special în jurul chimiei și științei materialelor, pe care nimeni nu le înțelege pe deplin”, a explicat Jeremy O'Brien, CEO și co-fondator al companiei. PsiQuantum într-un articol recent pentru McKinsey Digital. „Toată lumea se străduiește să găsească un nou catalizator sau electrolit care să ne ofere captarea carbonului mai ieftină sau baterii electrice mai bune. În acest moment, trebuie să testăm mii de combinații moleculare, ceea ce înseamnă experimente de laborator lungi și extrem de costisitoare de încercare și eroare, cu îmbunătățiri deseori dezamăgitoare, marginale.” În schimb, calculul cuantic ar putea eficientiza acest proces, creând dispozitive mai ecologice care ar putea alimenta mașinile, casele și orașele noastre.

Reducerea emisiilor de gaze

Pe lângă modelare și științe ale materialelor, calculul cuantic ar putea fi folosit și pentru a ajuta la atenuarea efectelor schimbărilor climatice prin dezvoltarea unor sisteme de transport mai eficiente și durabile. Prin utilizarea algoritmilor cuantici pentru a optimiza fluxul de trafic și a reduce congestionarea, de exemplu, ar putea fi posibilă reducerea emisiilor de la mașini și camioane, care contribuie major la emisiile de gaze cu efect de seră. „Vehiculele aflate în trafic cheltuiesc cantități mari de combustibil fără a produce niciun rezultat pozitiv”, a adăugat Pflitsch în articolul său. „Tehnologia cuantică ar putea fi capabilă să planifice mai eficient rutele utilizând date istorice și intrări în timp real pentru a menține vehiculele să ruleze în jurul blocajelor de trafic și pe rutele cele mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil.” Deoarece populația lumii crește semnificativ, vom avea nevoie de infrastructuri energetice mai bune pentru orașele și țările noastre. Aceste infrastructuri vor fi dificil de dezvoltat și scalat, ceea ce este locul în care calculul cuantic ar putea fi util. Folosind diverși algoritmi, calculul cuantic ar putea arăta cum să construim cele mai eficiente și mai eficiente rețele energetice pentru orașele noastre în creștere.

Ce fac companiile de calcul cuantic în prezent cu știința schimbărilor climatice

Există multe companii și organizații diferite de calcul cuantic care caută să aplice calculul cuantic în știința schimbărilor climatice. Afaceri precum IBM și Riverlane au deja implementate programe de cercetare care caută să folosească calculul cuantic pentru a îmbunătăți durata de viață și eficiența bateriei. Alții, precum IEEE Quantum, organizați summituri privind schimbările climatice. De fapt, martie 2023 marchează al doilea an al IEEE Quantum Quantum Computing Climate Change Vârf. Ghonda a condus crearea acestui eveniment și continuă să-și vadă promisiunea în fiecare an. „Schimbarea semnificativă va fi posibilă doar cu un efort unitar, de colaborare, asigurat de parteneriate multinaționale public-privat”, a adăugat ea. Evenimente ca acestea pot ajuta la menținerea științei schimbărilor climatice ca un caz de utilizare predominant pentru diferite companii de calcul cuantic, organizații și chiar guverne naționale pe care să se concentreze.

Pentru Ghonda, trebuie luați alți pași mai definitivi dacă calculul cuantic ar putea într-adevăr să beneficieze de schimbările climatice. „Sunt necesare acțiuni îndrăznețe dacă calculul cuantic va ajuta la crearea unor politici mai ecologice”, a spus ea. „Propun crearea unei noi discipline: știința climatică cuantică. Definiția mea a acestei noi discipline pe care am propus-o este următoarea: știința climatică cuantică este un domeniu în curs de dezvoltare care se preocupă de calcularea efectelor cuantice asupra sistemelor climatice. Legislația și stimulentele de reglementare care promovează știința climatică cuantică ar putea ajuta la accelerarea cercetării și dezvoltării în calculul cuantic pentru cazurile de utilizare a atenuării climatului.”

Kenna Hughes-Castleberry este scriitoare la Inside Quantum Technology și Science Communicator la JILA (un parteneriat între Universitatea din Colorado Boulder și NIST). Bataile ei de scris includ tehnologia profundă, metaversul și tehnologia cuantică.