量子技术的颠覆性力量将对应对全球最大的挑战产生有益的影响 。
COP26无疑一直关注着政治家、经济学家、实业家和消费者的思想 。 事实上 ， 意大利总理马里奥·德拉吉（Mario Draghi）呼吁在气候变化问题上实现\"质的飞跃\" 。 不知不觉中 ， 他可能已经指出了其中一个解决方案 。
气候变化是我们面临的最大挑战之一 。 为了避免气候变化的最坏影响 ， 如严重干旱和生态系统崩溃 ， 我们必须在2050年实现温室气体净零排放 。 按照目前的速度 ， 每年向大气中增加510亿吨温室气体 。 为了实现净零排放 ， 我们需要改变我们的行为 ， 我们需要新的立法 ， 我们需要新技术 。
我们需要所有类型的技术来实现这一目标 。 然而 ， 有一种类型的技术特别有趣 。 运行量子计算机可以减少排放 ， 因为它们比大型超级计算机集群更节能 ， 因此可以节省能源消耗 。 然而 ， 更重要的是 ， 量子计算机可用于研究 ， 以开发和评估我们实现净零排放所需的技术 。 化学、材料科学或制药领域的量子模拟可以成倍地加速模拟（与经典计算机相比） ， 我们需要这些模拟来发明更好的太阳能电池板、工业过程和电动汽车 。 鉴于量子计算机的巨大潜力 ， 量子技术是否有助于我们实现净零排放的雄心壮志 ， 这一点值得探索 。
为了探索量子计算机如何提供帮助 ， 我将首先概述我们的排放来自哪里 。 我从比尔·盖茨（Bill Gates）的《如何避免气候灾难》（How to Avoid a Climate Disaster）一书中借用了这些统计数据 。 在510亿吨的二氧化碳等效性中 ， 近三分之一（31%）来自我们建造或制造东西的方式 。 虽然我们大多数人都最了解与交通（例如电动汽车补贴）或插入（太阳能屋顶板）相关的气候政策 ， 但我们制造东西的方式比保持温暖和凉爽的排放物的污染高出四倍以上 。 发电（通过煤炭 ， 天然气 ， 可持续能源或其他）占全球排放量的27% ， 出行（通过汽车 ， 飞机或轮船）占16% ， 种植物（农业过程）占19% 。
过去的技术突破使一些可持续的做法触手可及 。 例如 ， 太阳能电池板的价格在过去十年中下降了90% ， 现在 ， 在一些国家 ， 与传统发电相比 ， 太阳能电池板的价格具有竞争力 。 也就是说 ， 如果太阳在闪耀 。 其他行业 ， 如混凝土制造 ， 发现减少排放要困难得多 。 绿色溢价 ， 即用无碳制造取代传统方法的额外成本 ， 在混凝土制造中是最高的 。 为了实现零排放 ， 我们需要技术突破来降低绿色溢价 。 量子计算机通过其指数级加速模拟的潜力 ， 可以在发现和加速这些突破方面发挥重要作用 。
发电的量子优势
让我们来看看量子计算机可以做到这一点的一些最有意义的方式 ， 从我们发电的方式开始 。 电力生产占温室气体排放量的27% ， 如果没有重大的政府和商业干预 ， 未来十年可能会翻一番 。 我们需要可持续的方式来生产它 ， 我们需要尽可能减少使用 。 为了生产清洁能源 ， 我们需要转向可再生能源（如太阳能、风能、潮汐能和生物质能）和核能 。 然而 ， 风能和太阳能等可再生能源仅在阳光明媚和风吹时提供能量 ， 随后需要存储和灵活的电网 。
我相信量子计算机可以通过三种重要方式支持电力供应方面：
更高效的太阳能电池板 。 目前 ， 传统太阳能电池板的最大效率约为15% ， 而理论上限制为23% 。 量子计算机可以通过模拟新型光伏材料（如量子点或钙钛矿）来提供帮助 ， 这些材料可以提高效率或降低制造成本 。
高效的能源网 。 可持续能源的可变性给能源网带来了相当大的压力 。 量子算法可以帮助电网的优化、规划和物流 ， 以及预测和平衡负载的模拟 。 此外 ， 量子模拟可以帮助发现具有更好导电性能的新材料 ， 如高温超导体 。
发展下一代核电 。 下一代核裂变或核聚变是没有任何排放的有前途的能源 。 特别是核聚变 ， 它承诺提供几乎无限的能量 ， 没有任何放射性废物或排放物 。 然而 ， 开发下一代核电极其复杂 ， 通常依赖于大型计算机模型 。 量子计算机可以通过模拟新材料（如高温超导体）或高能粒子物理学来加速这一过程 。
【气候变化和净零排放：突破性技术可以发挥什么作用？】制造业中的量子优势
温室气体排放的另一个重要部分来自我们制造东西的方式 ， 加起来占总排放量的近三分之一（31%） 。 排放存在于生产供应链的所有部分 ， 然而 ， 钢铁、水泥和塑料生产的排放对于量子计算的探索特别有趣 ， 因为它们无处不在 。 此外 ， 这些材料的生产过程污染了大量的排放物 ， 因为保持工厂运转需要大量的电力 ， 触发化学反应所需的热量以及化学过程本身释放的碳 。
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