Inside Quantum Technology «Inside Scoop:» квантовая наука и наука об изменении климата

Изменение климата является одним из самые большие проблемы с которыми человечество сталкивается сегодня, и ученые всего мира неустанно работают над тем, чтобы понять его причины и найти решения. Одной из областей исследований, которая является особенно многообещающим решением, являются квантовые вычисления. Эта передовая технология может революционизировать наше понимание изменения климата и помочь нам разработать более эффективные стратегии смягчения его последствий. «По мере развития некоторых технологий квантовых вычислений они могут ускорять, улучшать и внедрять инновационные решения, которые способствуют сокращению выбросов парниковых газов (ПГ), а также новые решения для хранения энергии и новые технологии переработки — и это лишь некоторые из них», — пояснил он. Маева Гонда, председатель Института квантового ИИ, эксперт по устойчивому развитию и председатель Консультативного совета по изменению климата в области квантовых вычислений IEEE Квант, ведущая международная сеть квантовых вычислений.

Создание лучших моделей

Поскольку наука об изменении климата включает в себя целый ряд переменных, от повышения температуры до кислотности океана, моделирование прогнозируемых колебаний во времени может быть сложной задачей. Эти модели невероятно сложны, и даже самые мощные суперкомпьютеры с трудом выполняют их своевременно. Однако квантовые компьютеры могут выполнять эти симуляции гораздо быстрее и точнее, чем традиционные компьютеры. Используя на основе гидродинамики моделирования, квантовые компьютеры могут предоставить гораздо более подробную и точную картину того, как меняется климат Земли и как он, вероятно, изменится в будущем. Поскольку предполагается, что квантовые вычисления также улучшат оптимизацию моделей и симуляций, эту оптимизацию также можно использовать для улучшения различных научных моделей изменения климата, что позволит исследователям больше узнать о возможных результатах.

Включение энергосетей

Еще одна область, в которой квантовые вычисления могут оказать существенное влияние на исследования изменения климата, — это разработка более эффективных и устойчивых энергетических систем. Одной из самых больших проблем, с которыми сталкиваются технологии возобновляемой энергетики, такие как энергия ветра и солнца, является их прерывистый характер: они производят энергию, когда дует ветер или светит солнце, но не обязательно тогда, когда она нам нужна. Алгоритмы квантовых вычислений могут помочь определить места, которые лучше всего подходят для сбора этих возобновляемых источников энергии, увеличивая производительность. Маркус Пфлич, генеральный директор Терра Квант, написал в недавнем Forbes статья: «Квантовые вычисления могут обеспечить более точное моделирование погоды на основе исторических данных о погоде за сотни лет, чтобы помочь прогнозировать производство энергии в определенный период времени, устраняя или уменьшая нестабильность сети. Благодаря лучшей балансировке сети и прогнозированию поставок квантовые технологии могут ускорить использование возобновляемых источников энергии».

Квантовые вычисления также могут помочь в создании более энергоэффективных электронных устройств. Например, квантовые вычисления можно использовать для разработки более совершенных батарей, способных более эффективно накапливать энергию, или для разработки более эффективных солнечных панелей, которые могут производить больше энергии из того же количества солнечного света. Поскольку квантовые вычисления уже демонстрируют невероятный успех в химическом анализе и материаловедении, они могут изменить правила игры в создании более эффективных материалов. «Многие низкоуглеродные технологии включают в себя сложные системы, особенно связанные с химией и материаловедением, которые никто полностью не понимает», — пояснил Джереми О'Брайен, генеральный директор и соучредитель ПсиКвант в недавней статье для МакКинзи Диджитал. «Все изо всех сил пытаются найти новый катализатор или электролит, которые дадут нам более дешевое улавливание углерода или лучшие электрические батареи. Прямо сейчас нам нужно протестировать тысячи молекулярных комбинаций, что означает длительные и чрезвычайно дорогие лабораторные эксперименты методом проб и ошибок, часто с разочаровывающими незначительными улучшениями». Вместо этого квантовые вычисления могли бы упростить этот процесс, создавая более экологичные устройства, которые могли бы питать наши автомобили, дома и города.

Снижение выбросов газа

Помимо моделирования и материаловедения, квантовые вычисления также можно использовать для смягчения последствий изменения климата путем разработки более эффективных и устойчивых транспортных систем. Например, используя квантовые алгоритмы для оптимизации транспортного потока и уменьшения заторов, можно уменьшить выбросы от легковых и грузовых автомобилей, которые вносят основной вклад в выбросы парниковых газов. «Автомобили, находящиеся в пробке, расходуют большое количество топлива, не принося при этом никакого положительного результата», — добавил Пфлич в своей статье. «Квантовая технология может быть в состоянии более эффективно планировать маршруты, используя исторические данные и входные данные в реальном времени, чтобы транспортные средства могли объезжать пробки и двигаться по наиболее экономичным маршрутам». Поскольку население мира значительно увеличивается, нам потребуется более совершенная энергетическая инфраструктура для наших городов и стран. Эти инфраструктуры будет сложно развивать и масштабировать, и именно здесь могут пригодиться квантовые вычисления. Используя различные алгоритмы, квантовые вычисления могут показать, как построить наиболее эффективные и энергоэффективные сети для наших растущих городов.

Что компании, занимающиеся квантовыми вычислениями, в настоящее время делают с наукой об изменении климата

Существует множество различных компаний и организаций, занимающихся квантовыми вычислениями, которые рассматривают возможность применения квантовых вычислений в науке об изменении климата. Такие компании, как IBM и Риверлейн уже есть исследовательские программы, направленные на использование квантовых вычислений для увеличения времени автономной работы и эффективности. Другие, как IEEE Квант, проводить саммиты по изменению климата. Фактически, март 2023 года знаменует собой второй год проведения исследования квантовых вычислений IEEE Quantum по изменению климата. Встреча на высшем уровне. Гонда руководил созданием этого мероприятия и каждый год продолжает видеть его обещания. «Значительные изменения возможны только при объединенных совместных усилиях, обеспечиваемых многонациональными государственно-частными партнерствами», — добавила она. Подобные мероприятия могут помочь сохранить науку об изменении климата в качестве преобладающего варианта использования для различных компаний, организаций и даже национальных правительств, занимающихся квантовыми вычислениями.

По мнению Гонды, необходимо предпринять другие более решительные шаги, если квантовые вычисления действительно могут принести пользу изменению климата. «Необходимы смелые действия, если квантовые вычисления помогут создать более экологичную политику», — заявила она. «Предлагаю создание новой дисциплины: квантовая климатология. Мое определение этой новой дисциплины, которое я предложил, звучит следующим образом: квантовая наука о климате — это развивающаяся область, связанная с вычислением квантовых эффектов на климатические системы. Законодательство и нормативные стимулы, которые продвигают квантовую науку о климате, могут помочь ускорить исследования и разработки в области квантовых вычислений для вариантов использования для смягчения последствий изменения климата».

Кенна Хьюз-Кастлберри — штатный писатель Inside Quantum Technology и научный коммуникатор JILA (партнерство между Колорадским университетом в Боулдере и NIST). Ее писательские приемы включают в себя глубокие технологии, метавселенную и квантовые технологии.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Источник: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-climate-change-science/