文章发表于2024-08-02 09:54:42，归属【科技前沿】分类，已有544人阅读
在迪拜举行的第28届联合国气候变化大会上，世界各国领导人齐聚一堂，共同应对气候危机，包括技术和创新将在多大程度上发挥作用。
如果我们要在2050年之前实现净零排放的目标，那么我们就需要带来我们所能承受的所有创新和政策解决方案。
这种系统性挑战的规模意味着它不可能仅仅通过一项创新来解决——鉴于此，人们自然会对任何声称能够“解决”气候变化的技术灵丹妙药持高度怀疑态度。
对像量子计算这样的热门技术持怀疑态度是很自然的，有人说它有朝一日可能“解决气候危机”，“解决世界饥饿”，甚至可能“拯救地球”。
但作为一项具有巨大潜力的技术，它有助于准确地了解它是否、何时以及在多大程度上能够为解决气候危机做出贡献。
量子计算机近期最重要的应用之一将是对量子力学起关键作用的物理系统进行建模。
这对标准计算机来说是一项极具挑战性的任务，但非常适合量子计算机。事实证明，包括太阳能电池和催化剂在内的几项关键清洁能源技术，其核心都是量子力学效应。
引导量子在可再生能源方面的潜力
让我们来看看可再生能源的电池存储，这是应对气候变化的关键工具。
经过多年的显著降价，风能和太阳能现在比化石燃料更便宜，被视为实现净零排放的关键。
但这两种能源都是间歇性的。为了实现需求高峰和低谷的容量管理，以及处理夜间和无风的日子，需要能源存储。据英国国家电网估计，仅在英国，到2050年实现净零排放就需要超过50GW的装机容量。
2022年10月，一名工人走在萨默塞特郡欣克利角C核电站的核反应堆施工现场
对于短期需求，锂离子电池存储是领先的技术。然而，电池储能的成本可能是陆上风能或太阳能成本的三倍多，这使得这些技术与化石燃料相比没有竞争力。
然而，在一天的时间尺度上，还没有商业上经过大规模验证的电池技术。
更好的电池的开发可以从根本上改变我们依赖太阳能和风能的能力。
更好的电池，更清洁的能源
设计具有更好能量密度的新电池是一个关键的目标，但由于需要大量的实验室实验来测试候选材料，因此一直受到阻碍。
可能的电池材料种类繁多，但要在实验室里全部测试需要很长时间，而且现有的计算方法有时也太不准确，无法发挥作用。
量子计算机将提供精确计算电池材料能量密度的能力，而不是在实验室中。
反过来，这将使数百种新型电池材料的筛选，以选择最有希望的最终实验室测试。
这不仅仅是一厢情愿的想法：我们知道如何设计量子算法来计算电池材料的关键特性——剩下的就是对硬件和软件进行必要的性能改进，这样这些算法就可以在有意义的问题上运行。
更好的电池也可能对清洁能源产生重大影响，而不仅仅是存储。例如，它们可以实现更远距离的电动汽车，甚至是电池供电的飞机。
量子计算还可以为开发其他清洁技术做出贡献，例如用于发电的光伏发电，以及用于电力存储或传输的超导体。
以2030年为目标，到2050年实现净零排放
到2050年而不是2070年达到净零可能是实现1.5摄氏度而不是2摄氏度的差异，这足以每年挽救数万人的生命。
一种新型电池技术从原型到完全商业化可能需要10-20年的时间。
因此，为了使量子计算在2050年之前对实现净零排放产生重大影响，我们需要在2030年左右看到量子计算发现的第一批电池材料。
如果我们在不久的将来的量子计算机上解决电池材料建模等重要问题，这个时间尺度是可以实现的。
在Phasecraft，我们已经展示了量子算法在材料建模方面的成本降低了100多万倍。
我们相信会发现更多这样的减少，并且使用近期量子计算机对电池材料以及其他重要物理系统进行建模是可以预见的。
这是净零排放难题的重要组成部分
就其本身而言，量子计算无法实现净零排放或“解决”气候变化——这将需要世界各国领导人和量子界之间持续的国际合作，以及立即实施重大减排。
但是，如果我们共同努力，我们可以利用这项技术实现突破性的绿色创新。
考虑到这个问题的紧迫性，量子硬件和软件的发展必须继续保持同步——等待技术完全成熟就太晚了，无法产生影响。
量子计算可能是净零计划的重要组成部分。至少在这一点上，我们希望各国能够达成一致。