Inside Quantum Technology 的“内幕消息：”量子与气候变化科学

Inside Quantum Technology 的“内幕消息：”量子与气候变化科学

时间戳记：14年2023月9日上午21:XNUMX
气候变化科学可能会为量子计算提供一些独特的机会，从更高效的能源网络到更好的电池。
By 肯纳休斯 - 卡斯尔伯里 14 年 2023 月 XNUMX 日发布

气候变化是其中之一 最大的挑战 面对当今人类，世界各地的科学家都在不懈努力，以了解其原因并找到解决办法。 一个特别有前途的研究领域是量子计算。 这项尖端技术有可能彻底改变我们对气候变化的理解，并帮助我们制定更有效的战略来减轻其影响。 “随着一些量子计算技术的成熟，它们可以加速、增强和引入有助于减少温室气体 (GHG) 排放的创新解决方案，以及新颖的储能解决方案和新的回收技术——仅举几例，”解释说 玛埃瓦·贡达，量子人工智能研究所主席和可持续发展专家和量子计算气候变化咨询委员会主席 IEEE量子，国际领先的量子计算网络。

制作更好的模型

由于气候变化科学涉及从温度升高到海洋酸度的大量变量，因此对预测的随时间波动的波动进行建模可能具有挑战性。 这些模型非常复杂，即使是最强大的超级计算机也难以及时运行它们。 然而，量子计算机有可能比传统计算机更快、更准确地执行这些模拟。 通过使用 基于流体动力学 通过模拟，量子计算机可以提供关于地球气候如何变化以及未来可能如何变化的更详细和准确的图像。 由于量子计算也有望促进模型和模拟的优化，这种优化也可用于增强各种气候变化科学模型，使研究人员能够更多地了解可能的结果。

为能源网络供电

量子计算可能对气候变化研究产生重大影响的另一个领域是开发更高效和可持续的能源系统。 风能和太阳能等可再生能源技术面临的最大挑战之一是它们的间歇性——它们在有风吹过或阳光明媚时产生能量，但不一定在我们需要时产生能量。 量子计算算法可以帮助确定更适合收集这些可再生能源的位置，从而增加产量。 正如 Markus Pflitsch，首席执行官 大地量子, 写在最近 “福布斯” 文章：“量子计算可以根据数百年的历史天气数据进行更准确的天气模拟，以帮助预测特定时间范围内的能源生产，从而消除或减少电网不稳定性。 通过更好的电网平衡和供应预测，量子技术可以加速可再生能源的使用。”

量子计算还可以帮助创造更节能的电子设备。 例如，量子计算可以用来设计更好的电池，可以更有效地储存能量，或者开发更高效的太阳能电池板，可以从相同数量的阳光中产生更多的能量。 由于量子计算已经在化学分析和材料科学领域取得了令人难以置信的成功，它可能会在制造更高效的材料方面改变游戏规则。 “如此多的低碳技术涉及复杂的系统，特别是围绕化学和材料科学，没有人完全理解，”Jeremy O'Brien，首席执行官兼联合创始人解释道。 量子点 在最近的一篇文章中 麦肯锡数字。 “每个人都在争先恐后地寻找一种新的催化剂或电解质，以便为我们提供更便宜的碳捕获或更好的电池。 现在，我们必须测试数以千计的分子组合，这意味着冗长且耗资巨大的试错实验室实验，而且往往会带来令人失望的边际改进。” 相反，量子计算可以简化这一过程，创造出更环保的设备，为我们的汽车、家庭和城市提供动力。

降低气体排放

除了建模和材料科学，量子计算还可用于通过开发更高效和可持续的交通系统来帮助减轻气候变化的影响。 例如，通过使用量子算法来优化交通流量和减少拥堵，有可能减少汽车和卡车的排放，它们是温室气体排放的主要来源。 Pflitsch 在他的文章中补充说：“停在交通中的车辆会消耗大量燃料，但不会产生任何积极结果。” “量子技术可能能够通过使用历史数据和实时输入来更有效地规划路线，让车辆在交通拥堵和最省油的路线上行驶。” 由于世界人口显着增加，我们需要为我们的城市和国家建设更好的能源基础设施。 这些基础设施将难以开发和扩展，而这正是量子计算可以派上用场的地方。 使用各种算法，量子计算可以展示如何为我们不断发展的城市构建最有效和最节能的电网。

量子计算公司目前在气候变化科学方面的工作

有许多不同的量子计算公司和组织都在考虑将量子计算应用于气候变化科学。 IBM 等企业和 河岸 已经制定了研究计划，希望使用量子计算来提高电池寿命和效率。 其他的，比如 IEEE量子，举办气候变化峰会。 事实上，2023 年 XNUMX 月是 IEEE Quantum 的量子计算气候变化的第二年 首脑。 Ghonda 领导了这项活动的创建，并继续每年看到它的承诺。 她补充说：“只有通过跨国公私伙伴关系促成的团结协作努力，才有可能发生重大变化。” 此类事件有助于将气候变化科学作为各种量子计算公司、组织甚至国家政府关注的普遍用例。

对于 Ghonda 来说，如果量子计算真的有利于气候变化，还需要采取其他更明确的步骤。 “如果量子计算要帮助制定更环保的政策，就需要采取大胆的行动，”她说。 “我提议创建一门新学科： 量子气候科学. 我对我提出的这个新学科的定义如下：量子气候科学是一个新兴领域，它关注计算量子对气候系统的影响。 促进量子气候科学的立法和监管激励措施可以帮助加速气候缓解用例的量子计算研究和开发。”

Kenna Hughes-Castleberry 是 Inside Quantum Technology 的特约撰稿人和 JILA（科罗拉多大学博尔德分校与 NIST 的合作机构）的科学传播者。 她的写作节奏包括深度技术、元宇宙和量子技术。

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