Евроизгледи. Могат ли квантовите компютри наистина да ускорят пътя към нетната нула?

Само по себе си, квантовото изчисление не може да постигне нетна нула или да „разреши“ изменението на климата. Но ако работим заедно, можем да използваме тази технология, за да позволим пробивни зелени иновации, пише Ашли Монтанаро.

На COP28 в Дубай световните лидери се събират, за да се справят с климатичната криза, включително степента, в която технологиите и иновациите ще играят роля.

Ако искаме да постигнем амбицията на нетна нула до 2050 г., тогава трябва да въведем всички иновации и политически решения, които можем да понесем.

Мащабът на това системно предизвикателство означава, че то не може да бъде разрешено само с една единствена иновация — като се има предвид това, естествено е да бъдете силно скептични към всеки технологичен сребърен куршум, който твърди, че може да „разреши“ изменението на климата .

Особено естествено е да бъдете скептични към удобна за модни думи технология като квантовите изчисления, като някои казват, че някой ден може да „се справи с климатичната криза“, „разреши глада по света“ или може би дори „да спаси планетата“ .

Но като технология с огромен потенциал, тя помага да се разбере точно дали, кога и до каква степен ще може да допринесе за разрешаването на климатичната криза.

Една от най-важните краткосрочни приложения на квантовите компютри ще бъдат моделирането на физически системи, където квантовата механика играе ключова роля.

Това е невероятно предизвикателна задача за стандартните компютри, но е идеално подходяща за квантовите компютри. И се оказва, че няколко ключови технологии за чиста енергия, включително слънчеви клетки и катализатори, имат квантово-механични ефекти в основата си.

Канализиране на квантовия потенциал за възобновяема енергия

Нека да разгледаме случаят със съхранение на батерии за възобновяема енергия, ключов инструмент в арсенала за борба с изменението на климата.

След години на забележителни намаления на цените, вятърната и слънчевата енергия вече са по-евтини от изкопаемите горива и се разглеждат като съществени за постигане на нетно нула.

Но и двата източника на захранване са периодични. За да се даде възможност за управление на капацитета при пикове и спадове на търсенето и за справяне с нощните часове и безветрените дни е необходимо съхранение на енергия. Само в Обединеното кралство Националната мрежа изчислява, че са необходими повече от 50 GW капацитет до 2050 г. за нетно нула.

За краткосрочни нужди съхранението на литиево-йонни батерии е водещата технология. Въпреки това, разходите за съхранение на батерии могат да бъдат повече от три пъти по-високи от разходите за вятърна или слънчева енергия на сушата, което прави тези технологии неконкурентоспособни с изкопаемите горива.

В рамките на един ден обаче все още няма комерсиално доказана технология за батерии в голям мащаб.

Разработването на по-добри батерии може радикално да промени способността ни да разчитаме на слънчева и вятърна енергия.

По-добри батерии, по-чиста енергия

Проектирането на нови батерии с по-добра енергийна плътност е ключова амбиция, но е възпрепятствана от необходимостта от обширни лабораторни експерименти за тестване на подходящи материали.

Има объркващ набор от възможни материали за батерии, но ще отнеме твърде много време, за да ги тестваме всичките в лабораторията, а съществуващите изчислителни методи за моделирането им понякога са твърде неточни, за да бъдат полезни.

>

Квантовите компютри ще предложат способността за точно изчисляване на енергийните плътности на материалите на батерията виртуално, а не в лабораторията.

Това от своя страна ще даде възможност за проверка на стотици нови материали за батерии, за да се изберат най-обещаващите за окончателно лабораторно тестване.

Квантовото изчисление може също да допринесе за разработването на други чисти технологии, като фотоволтаици за генериране на електричество и свръхпроводници за съхранение или пренос на електричество.

Това не е просто пожелание мислене: ние знаем как да проектираме квантови алгоритми за изчисляване на ключовите свойства на материалите на батерията — всичко, което остава, е да направим необходимите подобрения на производителността на хардуера и софтуера, така че тези алгоритми да могат да се изпълняват при значими проблеми.

По-добрите батерии също биха могли да окажат значително въздействие върху чистата енергия извън само съхранението. Например, те биха могли да позволят електрически автомобили с по-висок обхват или дори полети, захранвани от батерии.

Квантовите изчисления биха могли също да допринесат за разработването на други чисти технологии, като например фотоволтаици за генериране на електричество и свръхпроводници за съхранение или пренос на електричество.

С цел към 2030 г. да помогнем за достигане на нула до 2050 г.

Достигането на чиста нула до 2050 г., а не до 2070 г., може да бъде разликата между постигането на 1,5 градуса вместо 2 градуса на затопляне — достатъчно, за да спаси десетки хиляди животи всяка година.

Може да отнеме 10-20 години, докато нова технология за батерии премине от прототип до пълна комерсиализация.

Така че, за да може квантовите изчисления да окажат значително въздействие върху постигането на нетно нула до 2050 г., ще трябва да видим първите материали за батерии, открити от квантовите изчисления до около 2030 г.

Квантовото изчисление може да бъде важна част от пъзела на net zero. Поне по този въпрос се надяваме, че делегатите на COP28 могат да се съгласят.

Тази времева скала е постижима, ако настояваме за решаване на важни проблеми като моделиране на материали за батерии върху квантови компютри от близко бъдеще.

Във Phasecraft сме показали намаления на цената на квантовите алгоритми за моделиране на материали с коефициенти повече от милион.

Вярваме, че трябва да се намерят още такива намаления и че моделирането на материали за батерии, както и други важни физически системи, използващи близкосрочни квантови компютри, е на лице.

Важна част от пъзела за нетната нула

Само по себе си квантовите изчисления не могат да постигнат нетна нула или да „разрешат“ климата промяна - това ще изисква устойчиво международно сътрудничество както между световните лидери, така и между квантовата общност, както и незабавно прилагане на значителни съкращения на емисиите.

Но ако работим заедно, можем да използваме тази технология, за да позволим революционни екологични иновации.

Като се има предвид неотложността на този проблем, развитието на квантовия хардуер и софтуер трябва да продължи с темпове — чакането на напълно зряла технология би било твърде късно, за да има въздействие.

Квантовите изчисления биха могли бъде важна част от пъзела на нетната нула. Поне по този въпрос се надяваме, че делегатите на COP28 могат да се съгласят.

Ашли Монтанаро е професор по квантови изчисления в университета в Бристол и съосновател и главен изпълнителен директор на Phasecraft, компания за квантови алгоритми.

В Euronews вярваме, че всички гледни точки имат значение. Свържете се с нас на [email protected], за да изпратите предложения или предложения и да станете част от разговора.

Последвайте ни в