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“2024聚焦量子科技与气象融合应用”，「量子气候」为何成为热点？

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发布时间：2024-01-30

 

2024年1月19日，安徽省气象工作会议成功召开，传达了全国气象工作会议的精神，并明确了2024年的七项重点任务。

 

其中，特别强调了聚焦量子科技与气象融合应用等关键领域，以及加强科技创新和人才队伍建设，旨在激发创新发展的活力。

 

 
早在2022年4月28日，国务院也已经发布《气象高质量发展纲要（2022—2035年）》，明确提出要加强人工智能、大数据、量子计算与气象深度融合应用，共同应对当前气候变化所带来的挑战。
 
同样在2022年，当时的美国能源部商业主管里马·奥艾德（Rima Kasia Oueid）在IEEE Quantum召开的量子计算与气候变化峰会上曾强调，量子计算与传统计算应并肩作战，共同应对气候变化挑战。
 
该峰会还聚焦于如何将现代量子计算技术应用于应对气候变化。
 
2021年，来自美国和加拿大的学术机构和量子计算公司的研究人员也曾发起了名为“Q4Climate”的倡议，旨在将学术界、政府和产业界的量子与气候科学交叉领域研究团体联合起来，探索如何以及在何处应用新兴的量子技术，以减缓气候变化的速度和影响。
 
 
量子计算作为科技前沿，与应对气候变化的挑战密切相关。
 
虽然看似两者毫无关联，但在短短三年时间内，量子科技与气象已成为政府会议和学术讨论的焦点。
 
然而，大多数人对此仍未形成清晰的概念。
 
Kvantify战略联盟的负责人尼尔斯·伯格伦（Nils Anton Berglund）表示，政府的支持对于推动整个量子计算行业的创新至关重要。
 
这一点已从丹麦最近宣布的量子议程的第二部分、英国宣布的量子五项关键任务，以及美国、法国和德国此前宣布的资金投入中得到证实。
 
此外，提高公众对量子计算技术的认识和理解，对于释放其对可持续发展带来的巨大好处同样重要。
 
伯格伦指出：“我们需要更多的大学生了解这项技术及其应用，确保该行业有强大的员工供应链。在更高层面上，我们需要对董事会成员和高管进行教育，让那些可以从与量子行业合作中受益但对其潜在影响尚未了解的行业从业者受益。”
 
 
面对气候变化等多方面复杂问题，传统计算机的能力尚显不足。
 
专家们认为，量子计算机以其庞大的处理能力和专门针对复杂问题的设计，更适合承担这一艰巨任务。
 
Digital Catapult的可持续产业总监大卫·普（David Pugh）解释称，相较于传统计算机，量子计算机代表了在处理能力和机器学习技术方面的重大进步。
 
这使得量子计算机能够进行更准确、更逼真的原型设计和测试，处理更大的数据集，并解决传统计算机无法应对的复杂挑战。
 
在应对气候变化方面，量子计算机凭借其计算能力和高准确性，能够更有效地解决复杂的气候相关挑战。
 
Tech Mahindra的首席信息官尼基尔·马尔霍特拉（Nikhil Malhotra）则指出，量子计算机在“模拟量子系统”方面的显著优势使其能够促进对分子相互作用的更深入理解，并在推动绿色技术方面发挥关键作用。
 
通过对复杂化学过程和材料行为的建模，量子计算机能够彻底改变可再生能源和能源分配系统的优化，为解决与减缓气候变化相关的复杂物流挑战提供最佳解决方案。
 
SEEQC公司总裁约翰·李维（John Levy）认为：“量子计算拥有解决世界上最大气候挑战的潜力。” 
 
他举例说，量子技术可以模拟目标分子的量子力学过程，识别催化剂；进行微秒级的电网优化，以解决风能和太阳能供电的挑战；模拟氧化物材料的激发态，加快电池研发速度，提高效益。
 
 
那么，我们应该如何实际应用量子计算来应对气候变化呢？
 
马尔霍特拉表示，这需要一种战略性和有条不紊的方法。
 
组织首先必须投资于研发计划，并与研究机构和量子计算专家建立合作，以确保成功的关键伙伴关系。
 
此外，应优先考虑调整现有算法，并创建适用于环境建模、模拟和优化的新量子算法。
 
组织还必须建立强大的量子计算基础设施，包括硬件和软件组件。
 
这个阶段将需要采用或开发量子处理器，并涉及其他步骤，如确保其可扩展性和创建有利的编程环境。
 
最后，建议各组织采取分阶段实施战略，从试点项目开始，验证量子计算在解决气候相关问题方面的功效。
 
组织还必须跟进定期评估和灵活调整，以确保与不断变化的技术和环境格局保持一致。
 
马尔霍特拉补充说：“通过遵循这些步骤，组织可以将量子计算作为全球缓解气候变化努力的有效工具。”
 
普指出，利用量子计算提高可持续性取决于格式良好、有序和干净的数据。
 
他解释说：“AI和ML尚未实现该行业认为可能的一切，其中一个原因是许多行业的数据质量仍然很差。”
 
 
尽管量子计算是一个不断发展的技术领域，但它已经有一些令人兴奋的应对气候变化的应用案例。
 
以下是量子计算在气象领域中可以首先落地的方向：
 
- 天气预报：量子计算的特性，如超级位置和并行优势，可以显著提高天气预报的准确性和精度。通过分析大量的气象数据进行模拟和预测，提高气象预报的精度和时间粒度，以提高对天气灾害的预测和响应能力。
 
- 气象数据分析：气象数据庞大且复杂，但量子计算的能力可以处理更大规模的数据集。利用量子计算的高效性，可以更快速地处理气象数据，识别出更多的数据模式和规律，从而提高气象数据分析的精度和效率。
 
- 气候模拟和预测：气候是一个复杂的系统，量子计算可以用来模拟和预测气候系统的行为。利用量子计算的高效性，可以模拟更复杂的气候系统和更长时间尺度的气候变化，从而提高气候预测的精度和可靠性。
 
- 气象数据加密：气象数据是非常重要的，需要进行加密保护。量子计算可以提供更高级别的安全保障，例如基于量子密钥分发技术的安全通讯和数据保护，从而保护气象数据的安全性和隐私性。
 

 
 
Increditools的技术专家和安全分析师凯莉·英达（Kelly Indah）解释说：“通过快速处理大量信息，量子计算可以改进预测和模型。更好地了解天气模式和更正确的极端事件有助于制定气候变化计划。”
 
此外，量子计算机将以多种方式影响环境对话，因为它们能够优化资源密集型过程，其中包括磨练可再生能源生产的算法和提高碳捕获技术的有效性。
 
量子算法有能力简化供应链和资源分配，最终减少各行各业的生态足迹。
 
科学家还可以使用量子计算机来发现具有能量存储和转换特性的新材料。
 
这项创新对于开发可持续技术至关重要，这些技术是向低碳经济转型的基础；公司可以使用量子计算来提高可持续性并实现其净零目标。
 
伯格伦预计，量子计算机将提高各个行业的可持续性。他认为化工行业可以利用量子计算机来优化用于碳捕获的酶，这些酶被出售给大型污染者以减少二氧化碳排放。
 
“这一领域的更多内容包括开发改进的洗衣粉酶，以减少衣服中微塑料的释放，减少对水的需求，并在不损失效率的情况下降低所需的洗涤温度。”
 
伯格伦表示，量子计算机还可以使汽车行业开发经过验证的催化剂来减少汽车排放，航运公司可以通过运行高度复杂的航线优化问题来减少碳排放。
 
AIPRM的创始人兼首席执行官克里斯托夫·坎珀（Christoph Cemper）也赞同这一观点，他认为量子计算可以帮助人们和组织更明智地使用能源并解决硬能源问题。
 
他以智慧城市中的交通监控和规划为例，“你现在必须查看来自传感器、红绿灯和汽车的大量数据。通过这种方式，量子计算可以帮助减少交通和旅行时间，这也意味着减少汽车的污染。”
 
应对气候变化对于确保子孙后代和物种的地球健康至关重要。虽然这并不容易，但量子计算等技术提供了许多答案和解决方案，这无疑是鼓舞人心的。
 
毫无疑问，在可预见的未来，我们将看到许多新的量子计算用例出现。
 
为此，组织必须通过研究和开发不断试验这项技术。政府还可以通过为量子计算研发提供资金来帮助行业进步。
 
参考链接：
[1]http://ah.cma.gov.cn/xwzx/qxyw/202401/t20240120_6018136.html
[2]https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-05/19/content_5691116.htm
[3]https://q4climate.github.io/
[4]https://www2.deloitte.com/de/de/pages/innovation/contents/deloitte-quantum-climate-challenge.html
[5]https://www.techopedia.com/quantum-computing-and-climate-change
 

 

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