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

Зміна клімату є одним із найбільші виклики з якою сьогодні стикається людство, і вчені всього світу невпинно працюють над тим, щоб зрозуміти її причини та знайти рішення. Однією з областей досліджень, яка є особливо перспективним рішенням, є квантові обчислення. Ця передова технологія має потенціал кардинально змінити наше розуміння зміни клімату та допомогти нам розробити ефективніші стратегії пом’якшення її наслідків. «У міру зрілості деяких квантових обчислювальних технологій вони можуть прискорювати, покращувати та впроваджувати інноваційні рішення, які сприяють зменшенню викидів парникових газів (ПГ), а також нові рішення для зберігання енергії та нові технології переробки – це лише деякі з них», – пояснив він. Маева Гонда, голова Інституту квантового штучного інтелекту та експерт із сталого розвитку та голова Консультативної ради з питань зміни клімату Quantum Computing IEEE Quantum, провідна міжнародна мережа квантових обчислень.

Створення кращих моделей

Оскільки наука про зміну клімату включає цілу низку змінних, від підвищення температури до кислотності океану, моделювання прогнозованих коливань у часі може бути складним завданням. Ці моделі неймовірно складні, і навіть найпотужнішим суперкомп’ютерам важко їх запустити вчасно. Однак квантові комп’ютери мають потенціал виконувати ці симуляції набагато швидше й точніше, ніж традиційні комп’ютери. З допомогою на основі гідродинаміки моделювання, квантові комп’ютери можуть надати набагато більш детальну та точну картину того, як змінюється клімат Землі та як він, імовірно, зміниться в майбутньому. Оскільки за прогнозами квантові обчислення також сприятимуть оптимізації моделей і симуляцій, ця оптимізація також може бути використана для вдосконалення різних наукових моделей зміни клімату, що дозволить дослідникам дізнатися більше про можливі результати.

Підключення енергетичних мереж

Іншою сферою, де квантові обчислення можуть мати значний вплив на дослідження зміни клімату, є розробка більш ефективних і стійких енергетичних систем. Одна з найбільших проблем, з якою стикаються такі технології відновлюваної енергії, як вітрова та сонячна, полягає в їх переривчастому характері: вони виробляють енергію, коли дме вітер або світить сонце, але не обов’язково тоді, коли вона нам потрібна. Алгоритми квантового обчислення можуть допомогти визначити місця, де краще збирають ці відновлювані джерела енергії, збільшуючи вихід. Як зазначив Маркус Пфліч, генеральний директор компанії Terra Quantum, написав нещодавно Forbes стаття: «Квантові обчислення можуть уможливити більш точне моделювання погоди на основі сотень років історичних даних про погоду, щоб допомогти передбачити виробництво енергії в певний період часу, усуваючи або зменшуючи нестабільність мережі. Завдяки кращому балансуванню мережі та прогнозуванню постачання квантові технології можуть прискорити використання відновлюваних джерел енергії».

Квантові обчислення також можуть допомогти створити більш енергоефективні електронні пристрої. Наприклад, квантові обчислення можуть бути використані для розробки кращих батарей, які можуть більш ефективно зберігати енергію, або для розробки більш ефективних сонячних панелей, які можуть виробляти більше енергії від тієї ж кількості сонячного світла. Оскільки квантові обчислення вже демонструють неймовірні успіхи в хімічному аналізі та матеріалознавстві, це може змінити гру у створенні більш ефективних матеріалів. «Багато технологій з низьким вмістом вуглецю включають складні системи, особливо навколо хімії та матеріалознавства, які ніхто повністю не розуміє», — пояснив Джеремі О'Брайен, генеральний директор і співзасновник PsiQuantum в недавній статті для McKinsey Digital. «Усі намагаються знайти новий каталізатор або електроліт, який забезпечить нам дешевше вловлювання вуглецю або кращі електричні батареї. Прямо зараз ми маємо перевірити тисячі молекулярних комбінацій, що означає тривалі та надзвичайно дорогі лабораторні експерименти методом проб і помилок із часто розчаровуючими незначними покращеннями». Натомість квантові обчислення могли б оптимізувати цей процес, створюючи більш екологічні пристрої, які могли б живити наші автомобілі, будинки та міста.

Зниження викидів газів

Окрім моделювання та матеріалознавства, квантові обчислення також можуть бути використані для пом’якшення наслідків зміни клімату шляхом розробки більш ефективних і стійких транспортних систем. Використовуючи квантові алгоритми для оптимізації транспортного потоку та зменшення заторів, наприклад, можна зменшити викиди від легкових і вантажних автомобілів, які є основними джерелами викидів парникових газів. «Автомобілі, що сидять у пробці, витрачають велику кількість палива, не даючи жодних позитивних результатів», — додав Пфліч у своїй статті. «Квантова технологія може більш ефективно планувати маршрути, використовуючи історичні дані та вхідні дані в реальному часі, щоб транспортні засоби рухалися навколо заторів і на найбільш економних маршрутах». Оскільки населення світу значно збільшується, нам знадобляться кращі енергетичні інфраструктури для наших міст і країн. Цю інфраструктуру буде важко розробити та масштабувати, і тут можуть стати в нагоді квантові обчислення. Використовуючи різні алгоритми, квантові обчислення можуть показати, як побудувати найбільш ефективні та енергоефективні мережі для наших міст, що ростуть.

Що компанії квантових обчислень зараз роблять із наукою про зміну клімату

Існує багато різних квантових обчислювальних компаній і організацій, які прагнуть застосувати квантові обчислення до науки про зміну клімату. Такі компанії, як IBM і Ріверлейн вже є дослідницькі програми, спрямовані на використання квантових обчислень для покращення терміну служби батареї та ефективності. Інші, як IEEE Quantum, проводити саміти зі зміни клімату. Фактично, у березні 2023 року виповнюється другий рік роботи IEEE Quantum Quantum Computing Climate Change Саміт. Ghonda очолював створення цієї події та продовжує бачити її перспективу кожного року. «Значні зміни стануть можливими лише за умови об’єднаних спільних зусиль, уможливлених багатонаціональним державно-приватним партнерством», – додала вона. Подібні події можуть допомогти зберегти науку про зміну клімату як поширений приклад використання для різних компаній, організацій і навіть національних урядів, які займаються квантовими обчисленнями.

На думку Ґонди, необхідно зробити інші більш рішучі кроки, якщо квантові обчислення дійсно можуть принести користь зміні клімату. «Потрібні сміливі дії, якщо квантові обчислення допоможуть створити більш екологічну політику», — заявила вона. «Я пропоную створити нову дисципліну: квантова наука про клімат. Моє визначення цієї нової дисципліни, яку я запропонував, таке: квантова наука про клімат — це нова галузь, яка займається обчисленням квантових впливів на кліматичні системи. Законодавство та регулятивні стимули, які сприяють квантовій науці про клімат, можуть допомогти прискорити дослідження та розробки квантових обчислень для випадків використання клімату».

Кенна Хьюз-Кастлберрі є штатним автором Inside Quantum Technology і науковим комунікатором JILA (партнерство між Університетом Колорадо в Боулдері та NIST). Її ритми написання включають глибинні технології, метавсесвіт і квантові технології.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• джерело: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-climate-change-science/