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

Podnebne spremembe so ena od največji izzivi s katerimi se danes sooča človeštvo, znanstveniki po vsem svetu pa si neumorno prizadevajo razumeti vzroke zanj in najti rešitve. Eno področje raziskav, ki je še posebej obetavna rešitev, je kvantno računalništvo. Ta najsodobnejša tehnologija lahko spremeni naše razumevanje podnebnih sprememb in nam pomaga razviti učinkovitejše strategije za ublažitev njihovih učinkov. "Ko nekatere tehnologije kvantnega računalništva dozorevajo, bi lahko pospešile, izboljšale in uvedle inovativne rešitve, ki prispevajo k zmanjšanju emisij toplogrednih plinov (GHG), kot tudi nove rešitve za shranjevanje energije in nove tehnologije recikliranja – če naštejemo samo nekatere," je pojasnil. Maëva Ghonda, predsednik inštituta Quantum AI in strokovnjak za trajnost ter predsednik svetovalnega odbora za podnebne spremembe kvantnega računalništva za IEEE Quantum, vodilno mednarodno kvantno računalniško omrežje.

Izdelava boljših modelov

Ker znanost o podnebnih spremembah vključuje celo vrsto spremenljivk, od naraščajočih temperatur do kislosti oceanov, je modeliranje napovedanih nihanj skozi čas lahko izziv. Ti modeli so neverjetno zapleteni in celo najzmogljivejši superračunalniki se trudijo, da bi jih zagnali pravočasno. Vendar pa imajo kvantni računalniki potencial za izvajanje teh simulacij veliko hitreje in natančneje kot tradicionalni računalniki. Z uporabo temelji na dinamiki tekočin simulacije lahko kvantni računalniki zagotovijo veliko bolj podrobno in natančno sliko o tem, kako se podnebje na Zemlji spreminja in kako se bo verjetno spremenilo v prihodnosti. Ker naj bi kvantno računalništvo prav tako povečalo optimizacijo za modele in simulacije, bi to optimizacijo lahko uporabili tudi za izboljšanje različnih znanstvenih modelov o podnebnih spremembah, kar bi raziskovalcem omogočilo, da izvedo več o možnih rezultatih.

Napajanje energetskih omrežij

Drugo področje, kjer bi lahko kvantno računalništvo pomembno vplivalo na raziskave podnebnih sprememb, je razvoj učinkovitejših in trajnostnih energetskih sistemov. Eden največjih izzivov, s katerimi se soočajo tehnologije obnovljivih virov energije, kot sta vetrna in sončna energija, je njihova prekinitvena narava – proizvajajo energijo, ko piha veter ali sije sonce, ni pa nujno, ko jo potrebujemo. Algoritmi kvantnega računalništva lahko pomagajo določiti lokacije, ki so boljše za pridobivanje teh obnovljivih virov energije, s čimer povečajo proizvodnjo. Kot pravi Markus Pflitsch, izvršni direktor podjetja Terra Quantum, je zapisal v nedavnem Forbes članek: »Kvantno računalništvo lahko omogoči natančnejše vremenske simulacije, ki temeljijo na stotinah let zgodovinskih vremenskih podatkov, za pomoč pri napovedovanju proizvodnje energije v določenem časovnem okviru, s čimer se odpravi ali zmanjša nestabilnost omrežja. Z boljšim uravnoteženjem omrežja in napovedmi oskrbe bi lahko kvantna tehnologija pospešila uporabo obnovljivih virov energije.«

Kvantno računalništvo lahko pomaga tudi pri ustvarjanju energetsko učinkovitejših elektronskih naprav. Na primer, kvantno računalništvo bi lahko uporabili za načrtovanje boljših baterij, ki lahko učinkoviteje shranjujejo energijo, ali za razvoj učinkovitejših sončnih kolektorjev, ki lahko proizvedejo več energije iz enake količine sončne svetlobe. Ker kvantno računalništvo že kaže neverjeten uspeh v kemijski analizi in znanosti o materialih, bi lahko spremenilo igro pri izdelavi učinkovitejših materialov. »Toliko nizkoogljičnih tehnologij vključuje zapletene sisteme, zlasti okoli kemije in znanosti o materialih, ki jih nihče popolnoma ne razume,« je pojasnil Jeremy O'Brien, izvršni direktor in soustanovitelj PsiQuantum v nedavnem članku za McKinsey Digital. »Vsi se trudijo najti nov katalizator ali elektrolit, ki bi nam omogočil cenejše zajemanje ogljika ali boljše električne baterije. Trenutno moramo preizkusiti na tisoče molekularnih kombinacij, kar pomeni dolgotrajne in izjemno drage laboratorijske poskuse in napake, s pogosto razočarajočimi, obrobnimi izboljšavami.« Namesto tega bi lahko kvantno računalništvo poenostavilo ta proces in ustvarilo bolj zelene naprave, ki bi lahko napajale naše avtomobile, domove in mesta.

Zmanjšanje emisij plinov

Poleg modeliranja in znanosti o materialih bi lahko kvantno računalništvo uporabili tudi za pomoč pri ublažitvi učinkov podnebnih sprememb z razvojem učinkovitejših in trajnostnih transportnih sistemov. Z uporabo kvantnih algoritmov za optimizacijo pretoka prometa in zmanjšanje zastojev je na primer mogoče zmanjšati emisije iz avtomobilov in tovornjakov, ki veliko prispevajo k emisijam toplogrednih plinov. "Vozila, ki sedijo v prometu, porabijo veliko goriva, ne dajo pa nobenega pozitivnega rezultata," je dodal Pflitsch v svojem članku. "Kvantna tehnologija bo morda lahko učinkoviteje načrtovala poti z uporabo zgodovinskih podatkov in vnosov v realnem času, da bo vozila vozila po prometnih zastojih in na najbolj varčnih poteh." Ker svetovno prebivalstvo znatno narašča, bomo potrebovali boljšo energetsko infrastrukturo za naša mesta in države. Te infrastrukture bo težko razviti in povečati, kjer bi kvantno računalništvo lahko prišlo prav. Z uporabo različnih algoritmov bi lahko kvantno računalništvo pokazalo, kako zgraditi najučinkovitejša in energetsko najučinkovitejša omrežja za naša rastoča mesta.

Kaj podjetja za kvantno računalništvo trenutno počnejo z znanostjo o podnebnih spremembah

Obstaja veliko različnih podjetij in organizacij za kvantno računalništvo, ki iščejo uporabo kvantnega računalništva v znanosti o podnebnih spremembah. Podjetja, kot sta IBM in Riverlane že imajo vzpostavljene raziskovalne programe, ki želijo uporabiti kvantno računalništvo za izboljšanje življenjske dobe baterije in učinkovitosti. Drugi, kot je IEEE Quantum, organizirajo vrhove o podnebnih spremembah. Pravzaprav marec 2023 zaznamuje drugo leto IEEE Quantum Quantum Computing Climate Change Vrh. Ghonda je vodil ustvarjanje tega dogodka in vsako leto še naprej vidi njegove obljube. "Pomembne spremembe bodo možne le z združenimi, skupnimi prizadevanji, ki jih omogočajo večnacionalna javno-zasebna partnerstva," je dodala. Takšni dogodki lahko pomagajo ohraniti znanost o podnebnih spremembah kot prevladujoč primer uporabe za različna podjetja, organizacije in celo nacionalne vlade, ki se ukvarjajo s kvantnim računalništvom.

Ghonda meni, da je treba sprejeti druge bolj dokončne korake, če bi kvantno računalništvo res lahko koristilo podnebnim spremembam. »Potrebni so pogumni ukrepi, če naj kvantno računalništvo pomaga pri ustvarjanju okolju prijaznejših politik,« je izjavila. »Predlagam ustanovitev nove discipline: kvantna znanost o podnebju. Moja definicija te nove discipline, ki sem jo predlagal, je naslednja: kvantna znanost o podnebju je nastajajoče področje, ki se ukvarja z računanjem kvantnih učinkov na podnebne sisteme. Zakonodaja in regulativne spodbude, ki spodbujajo kvantno podnebno znanost, bi lahko pomagale pospešiti raziskave in razvoj kvantnega računalništva za primere uporabe za ublažitev podnebja.

Kenna Hughes-Castleberry je zaposlena pisateljica pri Inside Quantum Technology in znanstveni komunikator pri JILA (partnerstvo med Univerzo Colorado Boulder in NIST). Njeni utripi pisanja vključujejo globoko tehnologijo, metaverzum in kvantno tehnologijo.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-climate-change-science/