Por Dentro do “Inside Scoop” da Tecnologia Quantum: Ciência Quântica e Mudança Climática

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A ciência das mudanças climáticas pode oferecer algumas oportunidades únicas para a computação quântica, desde redes de energia mais eficientes até baterias melhores.

By Kenna Hughes-Castleberry publicado em 14 de abril de 2023

A mudança climática é um dos maiores desafios enfrenta a humanidade hoje, e cientistas de todo o mundo estão trabalhando incansavelmente para entender suas causas e encontrar soluções. Uma área de pesquisa que é uma solução particularmente promissora é a computação quântica. Essa tecnologia de ponta tem o potencial de revolucionar nossa compreensão das mudanças climáticas e nos ajudar a desenvolver estratégias mais eficazes para mitigar seus efeitos. “À medida que algumas tecnologias de computação quântica amadurecem, elas podem acelerar, aprimorar e introduzir soluções inovadoras que contribuem para a redução das emissões de gases de efeito estufa (GEE), bem como novas soluções de armazenamento de energia e novas tecnologias de reciclagem – apenas para citar algumas”, explicou Maeva Ghonda, Presidente do Quantum AI Institute e Especialista em Sustentabilidade e Presidente do Conselho Consultivo de Mudanças Climáticas da Quantum Computing para IEEE Quantum, uma rede internacional líder em computação quântica.

Fazendo modelos melhores

Como a ciência da mudança climática envolve toda uma série de variáveis, desde o aumento das temperaturas até a acidez do oceano, modelar as flutuações previstas ao longo do tempo pode ser um desafio. Esses modelos são incrivelmente complexos e até mesmo os supercomputadores mais poderosos lutam para executá-los em tempo hábil. No entanto, os computadores quânticos têm o potencial de realizar essas simulações com muito mais rapidez e precisão do que os computadores tradicionais. usando baseado em dinâmica de fluidos simulações, os computadores quânticos podem fornecer uma imagem muito mais detalhada e precisa de como o clima da Terra está mudando e como é provável que mude no futuro. Como a computação quântica também está prevista para aumentar a otimização de modelos e simulações, essa otimização também pode ser usada para aprimorar vários modelos científicos de mudanças climáticas, permitindo que os pesquisadores aprendam mais sobre possíveis resultados.

Energizando redes de energia

Outra área em que a computação quântica pode ter um impacto significativo na pesquisa sobre mudanças climáticas é no desenvolvimento de sistemas de energia mais eficientes e sustentáveis. Um dos maiores desafios enfrentados pelas tecnologias de energia renovável, como a eólica e a solar, é sua natureza intermitente – elas produzem energia quando o vento está soprando ou o sol está brilhando, mas não necessariamente quando precisamos dela. Os algoritmos de computação quântica podem ajudar a determinar os locais que são melhores para a colheita dessas fontes de energia renováveis, aumentando a produção. Como Markus Pflitsch, CEO da Terra Quântica, escreveu recentemente Forbes artigo: “A computação quântica pode permitir simulações meteorológicas mais precisas com base em centenas de anos de dados climáticos históricos para ajudar a prever a produção de energia de um determinado período de tempo, eliminando ou reduzindo a instabilidade da rede. Por meio de um melhor balanceamento de rede e previsões de fornecimento, a tecnologia quântica pode acelerar o uso de fontes de energia renováveis”.

A computação quântica também pode ajudar a criar dispositivos eletrônicos com maior eficiência energética. Por exemplo, a computação quântica poderia ser usada para projetar baterias melhores que possam armazenar energia com mais eficiência ou para desenvolver painéis solares mais eficientes que possam produzir mais energia com a mesma quantidade de luz solar. Como a computação quântica já está mostrando um sucesso incrível na análise química e na ciência dos materiais, ela pode mudar o jogo na fabricação de materiais mais eficientes. “Tantas tecnologias de baixo carbono envolvem sistemas complexos, particularmente em torno da química e da ciência dos materiais, que ninguém entende totalmente”, explicou Jeremy O'Brien, CEO e cofundador da PsiQuantum em um artigo recente para McKinsey Digital. “Todo mundo está lutando para encontrar um novo catalisador ou eletrólito que nos dê uma captura de carbono mais barata ou melhores baterias elétricas. No momento, temos que testar milhares de combinações moleculares, o que significa longos e extremamente caros experimentos de laboratório de tentativa e erro, com melhorias marginais muitas vezes decepcionantes”. Em vez disso, a computação quântica poderia agilizar esse processo, criando dispositivos mais ecológicos que poderiam abastecer nossos carros, casas e cidades.

Reduzindo as Emissões de Gás

Além da modelagem e das ciências dos materiais, a computação quântica também pode ser usada para ajudar a mitigar os efeitos das mudanças climáticas, desenvolvendo sistemas de transporte mais eficientes e sustentáveis. Ao usar algoritmos quânticos para otimizar o fluxo de tráfego e reduzir o congestionamento, por exemplo, pode ser possível reduzir as emissões de carros e caminhões, que são os principais contribuintes para as emissões de gases de efeito estufa. “Os veículos parados no trânsito gastam grandes quantidades de combustível sem produzir nenhum resultado positivo”, acrescentou Pflitsch em seu artigo. “A tecnologia quântica pode ser capaz de planejar rotas com mais eficiência usando dados históricos e entradas em tempo real para manter os veículos rolando em engarrafamentos e nas rotas mais econômicas.” Como a população mundial está aumentando significativamente, precisaremos de melhores infraestruturas energéticas para nossas cidades e países. Essas infraestruturas serão difíceis de desenvolver e dimensionar, e é aí que a computação quântica pode ser útil. Usando vários algoritmos, a computação quântica pode mostrar como construir as redes mais eficazes e energeticamente eficientes para nossas cidades em crescimento.

O que as empresas de computação quântica estão fazendo atualmente com a ciência das mudanças climáticas

Existem muitas empresas e organizações diferentes de computação quântica que procuram aplicar a computação quântica à ciência das mudanças climáticas. Empresas como IBM e Via Fluvial já têm programas de pesquisa em andamento que buscam usar a computação quântica para melhorar a vida útil e a eficiência da bateria. Outros, como o IEEE Quantum, realizam cúpulas sobre mudanças climáticas. Na verdade, março de 2023 marca o segundo ano da IEEE Quantum's Quantum Computing Climate Change Cume. Ghonda liderou a criação deste evento e continua a ver sua promessa a cada ano. “Mudanças significativas só serão possíveis com esforço unido e colaborativo possibilitado por parcerias público-privadas multinacionais”, acrescentou. Eventos como esses podem ajudar a manter a ciência da mudança climática como um caso de uso predominante para várias empresas, organizações e até governos nacionais de computação quântica.

Para Ghonda, outras medidas mais definitivas precisam ser tomadas se a computação quântica realmente puder beneficiar as mudanças climáticas. “Ações ousadas são necessárias para que a computação quântica ajude a criar políticas mais ecológicas”, afirmou ela. “Proponho a criação de uma nova disciplina: ciência do clima quântico. Minha definição desta nova disciplina que propus é a seguinte: a ciência climática quântica é um campo emergente que se preocupa com a computação de efeitos quânticos em sistemas climáticos. A legislação e os incentivos regulatórios que promovem a ciência climática quântica podem ajudar a acelerar a pesquisa e o desenvolvimento da computação quântica para casos de uso de mitigação climática”.

Kenna Hughes-Castleberry é redatora da Inside Quantum Technology e comunicadora científica da JILA (uma parceria entre a University of Colorado Boulder e o NIST). Suas batidas de escrita incluem tecnologia profunda, metaverso e tecnologia quântica.