Bên trong "Inside Scoop" của Công nghệ lượng tử: Khoa học lượng tử và biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu là một trong những Những thách thức lớn nhất nhân loại ngày nay đang phải đối mặt, và các nhà khoa học trên khắp thế giới đang làm việc không mệt mỏi để tìm hiểu nguyên nhân và tìm ra giải pháp. Một lĩnh vực nghiên cứu là một giải pháp đặc biệt hứa hẹn là điện toán lượng tử. Công nghệ tiên tiến này có khả năng cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về biến đổi khí hậu và giúp chúng ta phát triển các chiến lược hiệu quả hơn để giảm thiểu tác động của nó. “Khi một số công nghệ điện toán lượng tử trưởng thành, chúng có thể tăng tốc, nâng cao và giới thiệu các giải pháp sáng tạo góp phần giảm phát thải khí nhà kính (GHG) cũng như các giải pháp lưu trữ năng lượng mới và công nghệ tái chế mới – chỉ kể tên một số,” giải thích Maëva Ghonda, Chủ tịch Viện AI lượng tử và Chuyên gia bền vững và Chủ tịch Ban cố vấn biến đổi khí hậu điện toán lượng tử cho Lượng tử IEEE, một mạng máy tính lượng tử quốc tế hàng đầu.

Tạo các mô hình tốt hơn

Bởi vì khoa học biến đổi khí hậu liên quan đến một loạt các biến số, từ nhiệt độ tăng đến độ axit của đại dương, nên việc mô hình hóa các biến động dự đoán theo thời gian có thể là một thách thức. Những mô hình này cực kỳ phức tạp và ngay cả những siêu máy tính mạnh nhất cũng phải vật lộn để chạy chúng kịp thời. Tuy nhiên, máy tính lượng tử có khả năng thực hiện các mô phỏng này nhanh hơn và chính xác hơn nhiều so với máy tính truyền thống. Bằng cách sử dụng dựa trên động lực học chất lỏng mô phỏng, máy tính lượng tử có thể cung cấp một bức tranh chính xác và chi tiết hơn nhiều về cách khí hậu Trái đất đang thay đổi và nó có khả năng thay đổi như thế nào trong tương lai. Vì điện toán lượng tử cũng được dự đoán sẽ tăng cường tối ưu hóa cho các mô hình và mô phỏng, nên tối ưu hóa này cũng có thể được sử dụng để tăng cường các mô hình khoa học về biến đổi khí hậu khác nhau, cho phép các nhà nghiên cứu tìm hiểu thêm về các kết quả có thể xảy ra.

Cung cấp năng lượng cho lưới năng lượng

Một lĩnh vực khác mà điện toán lượng tử có thể có tác động đáng kể đến nghiên cứu biến đổi khí hậu là phát triển các hệ thống năng lượng bền vững và hiệu quả hơn. Một trong những thách thức lớn nhất đối với các công nghệ năng lượng tái tạo như năng lượng gió và mặt trời là bản chất không liên tục của chúng–chúng tạo ra năng lượng khi gió thổi hoặc mặt trời chiếu sáng, nhưng không nhất thiết là khi chúng ta cần. Các thuật toán điện toán lượng tử có thể giúp xác định các vị trí tốt hơn để khai thác các nguồn năng lượng tái tạo này, tăng sản lượng. Như Markus Pflitsch, CEO của lượng tử đất, đã viết trong một gần đây Forbes bài báo: “Điện toán lượng tử có thể cho phép mô phỏng thời tiết chính xác hơn dựa trên hàng trăm năm dữ liệu thời tiết lịch sử để giúp dự đoán việc sản xuất năng lượng trong một khung thời gian cụ thể, loại bỏ hoặc giảm thiểu sự mất ổn định của lưới điện. Thông qua dự đoán cung cấp và cân bằng lưới điện tốt hơn, công nghệ lượng tử có thể đẩy nhanh việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.”

Điện toán lượng tử cũng có thể giúp tạo ra các thiết bị điện tử tiết kiệm năng lượng hơn. Ví dụ, điện toán lượng tử có thể được sử dụng để thiết kế các loại pin tốt hơn có thể lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn hoặc để phát triển các tấm pin mặt trời hiệu quả hơn có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn từ cùng một lượng ánh sáng mặt trời. Vì điện toán lượng tử đã cho thấy thành công đáng kinh ngạc trong phân tích hóa học và khoa học vật liệu, nên nó có thể thay đổi cuộc chơi trong việc tạo ra các vật liệu hiệu quả hơn. “Rất nhiều công nghệ carbon thấp liên quan đến các hệ thống phức tạp, đặc biệt là về hóa học và khoa học vật liệu, mà không ai hiểu đầy đủ,” Jeremy O'Brien, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập giải thích. Psi lượng tử trong một bài báo gần đây cho Kỹ thuật số McKinsey. “Mọi người đang tranh giành để tìm ra chất xúc tác hoặc chất điện phân mới giúp chúng ta thu hồi carbon rẻ hơn hoặc pin điện tốt hơn. Ngay bây giờ, chúng tôi phải kiểm tra hàng ngàn sự kết hợp phân tử, có nghĩa là các thí nghiệm thử và sai trong phòng thí nghiệm kéo dài và cực kỳ tốn kém, với những cải tiến nhỏ thường gây thất vọng.” Thay vào đó, điện toán lượng tử có thể hợp lý hóa quy trình này, tạo ra các thiết bị xanh hơn có thể cung cấp năng lượng cho ô tô, nhà ở và thành phố của chúng ta.

Giảm phát thải khí

Bên cạnh mô hình hóa và khoa học vật liệu, điện toán lượng tử cũng có thể được sử dụng để giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu bằng cách phát triển các hệ thống giao thông bền vững và hiệu quả hơn. Ví dụ, bằng cách sử dụng các thuật toán lượng tử để tối ưu hóa lưu lượng giao thông và giảm tắc nghẽn, có thể giảm lượng khí thải từ ô tô và xe tải, những nguyên nhân chính gây ra khí thải nhà kính. Pflitsch nói thêm trong bài báo của mình: “Các phương tiện tham gia giao thông tiêu tốn nhiều nhiên liệu trong khi không tạo ra kết quả khả quan nào. “Công nghệ lượng tử có thể lập kế hoạch các tuyến đường hiệu quả hơn bằng cách sử dụng dữ liệu lịch sử và đầu vào thời gian thực để giữ cho các phương tiện di chuyển quanh các điểm tắc đường và trên các tuyến đường tiết kiệm nhiên liệu nhất.” Bởi vì dân số thế giới đang tăng lên đáng kể, chúng ta sẽ cần cơ sở hạ tầng năng lượng tốt hơn cho các thành phố và quốc gia của mình. Những cơ sở hạ tầng này sẽ khó phát triển và mở rộng quy mô, đó là nơi điện toán lượng tử có thể phát huy tác dụng. Sử dụng các thuật toán khác nhau, điện toán lượng tử có thể chỉ ra cách xây dựng lưới điện hiệu quả và tiết kiệm năng lượng nhất cho các thành phố đang phát triển của chúng ta.

Các công ty điện toán lượng tử hiện đang làm gì với khoa học biến đổi khí hậu

Có nhiều công ty và tổ chức điện toán lượng tử khác nhau đang xem xét áp dụng điện toán lượng tử cho khoa học biến đổi khí hậu. Các doanh nghiệp như IBM và đường sông đã có sẵn các chương trình nghiên cứu tìm cách sử dụng điện toán lượng tử để cải thiện tuổi thọ và hiệu quả của pin. Những người khác, như Lượng tử IEEE, tổ chức các hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu. Trên thực tế, tháng 2023 năm XNUMX đánh dấu năm thứ hai Biến đổi khí hậu điện toán lượng tử của IEEE Quantum Hội nghị thượng đỉnh. Ghonda đã dẫn đầu việc tạo ra sự kiện này và tiếp tục nhận thấy lời hứa của nó hàng năm. Bà nói thêm: “Sự thay đổi đáng kể sẽ chỉ có thể thực hiện được với nỗ lực hợp tác, thống nhất được hỗ trợ bởi các quan hệ đối tác công-tư đa quốc gia. Những sự kiện như thế này có thể giúp duy trì khoa học biến đổi khí hậu như một trường hợp sử dụng phổ biến cho các công ty, tổ chức điện toán lượng tử khác nhau và thậm chí cả chính phủ quốc gia tập trung vào.

Đối với Ghonda, cần phải thực hiện các bước dứt khoát khác nếu điện toán lượng tử thực sự có thể mang lại lợi ích cho biến đổi khí hậu. Cô ấy nói: “Cần có những hành động táo bạo nếu điện toán lượng tử giúp tạo ra các chính sách thân thiện với môi trường hơn. “Tôi đề xuất thành lập một môn học mới: khoa học khí hậu lượng tử. Định nghĩa của tôi về lĩnh vực mới này mà tôi đã đề xuất như sau: khoa học khí hậu lượng tử là một lĩnh vực mới nổi liên quan đến việc tính toán các hiệu ứng lượng tử trên các hệ thống khí hậu. Luật pháp và các khuyến khích theo quy định nhằm thúc đẩy khoa học khí hậu lượng tử có thể giúp đẩy nhanh quá trình nghiên cứu và phát triển điện toán lượng tử cho các trường hợp sử dụng giảm thiểu khí hậu.”

Kenna Hughes-Castleberry là nhà văn nhân viên của Inside Quantum Technology và Science Communicator tại JILA (hợp tác giữa Đại học Colorado Boulder và NIST). Những nhịp điệu viết lách của cô ấy bao gồm công nghệ sâu, siêu nghịch đảo và công nghệ lượng tử.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-climate-change-science/