Inside Quantum Technologys "Inside Scoop:" Quantum and Climate Change Science

Klimatförändringar är en av de största utmaningarna mänskligheten står inför idag, och forskare runt om i världen arbetar outtröttligt för att förstå dess orsaker och hitta lösningar. Ett forskningsområde som är en särskilt lovande lösning är kvantberäkning. Denna spetsteknologi har potential att revolutionera vår förståelse av klimatförändringar och hjälpa oss att utveckla effektivare strategier för att mildra dess effekter. "När vissa kvantberäkningstekniker mognar kan de accelerera, förbättra och introducera innovativa lösningar som bidrar till att minska utsläppen av växthusgaser (GHG) såväl som nya energilagringslösningar och ny återvinningsteknik – för att bara nämna några," förklarade han. Maëva Ghonda, ordförande för Quantum AI Institute och hållbarhetsexpert och ordförande för Quantum Computing Climate Change Advisory Board för IEEE Quantum, ett ledande internationellt kvantdatornätverk.

Att göra bättre modeller

Eftersom vetenskapen om klimatförändringar involverar en mängd variabler, från stigande temperaturer till havets surhet, kan det vara svårt att modellera de förutspådda fluktuationerna över tiden. Dessa modeller är otroligt komplexa, och även de mest kraftfulla superdatorerna kämpar för att köra dem i tid. Kvantdatorer har dock potential att utföra dessa simuleringar mycket snabbare och mer exakt än traditionella datorer. Genom att använda vätskedynamikbaserad simuleringar kan kvantdatorer ge en mycket mer detaljerad och korrekt bild av hur jordens klimat förändras, och hur det sannolikt kommer att förändras i framtiden. Eftersom kvantberäkning också förutsägs öka optimeringen för modeller och simuleringar, kan denna optimering också användas för att förbättra olika vetenskapsmodeller för klimatförändringar, så att forskare kan lära sig mer om möjliga resultat.

Starta energinät

Ett annat område där kvantberäkning kan ha en betydande inverkan på klimatförändringsforskningen är utvecklingen av mer effektiva och hållbara energisystem. En av de största utmaningarna för förnybar energiteknik som vind- och solenergi är deras intermittenta natur – de producerar energi när vinden blåser eller solen skiner, men inte nödvändigtvis när vi behöver det. Kvantberäkningsalgoritmer kan hjälpa till att bestämma platser som är bättre för att skörda dessa förnybara energikällor, vilket ökar produktionen. Som Markus Pflitsch, VD för Terra Quantum, skrev i en nyligen forbes artikel: "Kvantberäkning kan möjliggöra mer exakta vädersimuleringar baserade på hundratals år av historisk väderdata för att hjälpa till att förutsäga energiproduktionen under en viss tidsram, eliminera eller minska nätinstabilitet. Genom bättre nätbalansering och utbudsförutsägelser kan kvantteknik påskynda användningen av förnybara energikällor."

Quantum computing kan också bidra till att skapa mer energieffektiva elektroniska enheter. Till exempel skulle kvantberäkningar kunna användas för att designa bättre batterier som kan lagra energi mer effektivt eller för att utveckla effektivare solpaneler som kan producera mer energi från samma mängd solljus. Eftersom kvantdatorer redan visar otroliga framgångar inom kemisk analys och materialvetenskap, kan det förändra spelet när det gäller att göra effektivare material. "Så många koldioxidsnåla tekniker involverar komplexa system, särskilt kring kemi och materialvetenskap, som ingen helt förstår", förklarade Jeremy O'Brien, VD och medgrundare av PsiQuantum i en ny artikel för McKinsey Digital. "Alla försöker hitta en ny katalysator eller elektrolyt som kommer att ge oss billigare kolavskiljning eller bättre elektriska batterier. Just nu måste vi testa tusentals molekylära kombinationer, vilket innebär långa och enormt dyra testa-och-fel-labbexperiment, med ofta nedslående, marginella förbättringar.” Istället kan kvantberäkningar effektivisera denna process och skapa grönare enheter som kan driva våra bilar, hem och städer.

Minska gasutsläpp

Förutom modellering och materialvetenskap kan kvantberäkning också användas för att mildra effekterna av klimatförändringar genom att utveckla mer effektiva och hållbara transportsystem. Genom att till exempel använda kvantalgoritmer för att optimera trafikflödet och minska trängseln kan det vara möjligt att minska utsläppen från bilar och lastbilar, som är stora bidragsgivare till utsläppen av växthusgaser. "Fordon som sitter i trafik spenderar stora mängder bränsle samtidigt som de inte ger något positivt resultat," tillade Pflitsch i sin artikel. "Quantum tech kan kanske mer effektivt planera rutter genom att använda historiska data och realtidsindata för att hålla fordon rullande runt trafikstockningar och på de mest bränsleeffektiva rutterna." Eftersom världens befolkning ökar avsevärt kommer vi att behöva bättre energiinfrastruktur för våra städer och länder. Dessa infrastrukturer kommer att vara svåra att utveckla och skala, vilket är där kvantberäkning kan komma väl till pass. Med hjälp av olika algoritmer kan kvantberäkningar visa hur man bygger de mest effektiva och energieffektiva näten för våra växande städer.

Vad Quantum Computing-företag gör för närvarande med klimatförändringsvetenskap

Det finns många olika kvantberäkningsföretag och organisationer som tittar på att tillämpa kvantberäkningar på klimatförändringsvetenskap. Företag som IBM och Riverlane har redan forskningsprogram på plats som vill använda kvantdatorer för att förbättra batteritiden och effektiviteten. Andra, som IEEE Quantum, hålla klimattoppmöten. Faktum är att mars 2023 markerar det andra året av IEEE Quantums Quantum Computing Climate Change Topp. Ghonda ledde skapandet av detta evenemang och fortsätter att se vad det lovar varje år. "Betydande förändring kommer endast att vara möjlig med enad, samarbetskraft som möjliggörs av multinationella offentlig-privata partnerskap," tillade hon. Händelser som dessa kan hjälpa till att hålla vetenskapen om klimatförändringar som ett utbrett användningsfall för olika kvantdatorföretag, organisationer och till och med nationella regeringar att fokusera på.

För Ghonda måste andra mer definitiva steg tas om kvantberäkning verkligen skulle kunna gynna klimatförändringen. "Djärva åtgärder behövs om kvantdatorer ska bidra till att skapa mer miljövänliga riktlinjer," sa hon. "Jag föreslår skapandet av en ny disciplin: kvantklimatvetenskap. Min definition av denna nya disciplin som jag har föreslagit är följande: kvantklimatvetenskap är ett framväxande område som handlar om beräkning av kvanteffekter på klimatsystem. Lagstiftning och regulatoriska incitament som främjar kvantklimatvetenskap kan hjälpa till att påskynda kvantberäkningsforskning och utveckling för användningsfall för klimatreducering."

Kenna Hughes-Castleberry är personalskribent på Inside Quantum Technology och Science Communicator vid JILA (ett partnerskap mellan University of Colorado Boulder och NIST). Hennes skrivbeats inkluderar djupteknologi, metaversen och kvantteknologi.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tillgång här.
• Källa: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-climate-change-science/