ما علاقة الحوسبة الكمومية وتنفيذ الدول التزاماتها المناخية؟ توفر آليات جديدة لتقنيات الطاقة الخضراء

كشف مؤتمر COP28 في دبي عن العديد من الإعلانات التي تؤكد على العواقب الكارثية لتغير المناخ وتحفز المبادرات العالمية للحفاظ على مستقبل مرن في متناول اليد.

ورغم أن هذه التصريحات جديرة بالثناء، فإنها تصبح عديمة الجدوى في نهاية المطاف إذا فشلت البلدان في تنفيذها بنجاح.

إذا كانت البلدان جادة في الوفاء بالتزاماتها المناخية، فيتعين عليها أن تتعامل بجدية مع الحوسبة الكمومية، وهي تكنولوجيا من المحتمل أن تغير قواعد اللعبة ويمكن أن تدعم التنفيذ وتدفع الابتكارات المناخية الخارقة.

وكان المشاركون في مؤتمر الأمم المتحدة المعني بتغير المناخ (COP28) يركزون على الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية مقارنة بمستويات ما قبل الصناعة بحلول 2050.

وتعد تقنيات الطاقة الخضراء – مثل السيارات الكهربائية ، واحتجاز الكربون وتخزينه، والزراعة القادرة على التكيف مع المناخ – أساسية لمساعدة البلدان على البقاء على الهدف وخفض صافي صافي الكربون، الانبعاثات إلى النصف بحلول عام 2030.

والمشكلة هي أن العديد من تقنيات الطاقة الخضراء مكلفة للغاية ومرهقة، بحيث لا يمكن أن تكون مفيدة، علاوة على ذلك، فإن الأساليب الحالية للبحث العلمي والاكتشاف قد تستغرق سنوات أو عقودا من الزمن لإنتاج التحسينات المطلوبة، ولا يستطيع العالم أن يتحمل الانتظار.

ويتسبب ارتفاع درجات الحرارة بالفعل في التدهور البيئي، والظواهر الجوية المتطرفة، وانعدام الأمن الغذائي والمائي، والصراعات، ولكن يمكن للحوسبة الكمومية أن تساعد.

تستخدم الحوسبة الكمومية قوانين فيزياء الكم لتخزين ومعالجة المعلومات وحل المشكلات المعقدة بسرعة.

تتطلب أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتوفرة اليوم مزيدًا من النضج لتحقيق إمكاناتها الكاملة، إلا أنها لا تزال عرضة للخطأ وصغيرة الحجم.

ولكن حتى في حالتها الحالية المحدودة من التطور، تُظهر أجهزة الكمبيوتر الكمومية مزايا حسابية كبيرة مقارنة بأجهزة الكمبيوتر التقليدية.

يمكنهم حل المشكلات في دقائق، الأمر الذي قد يستغرق حلها أفضل أجهزة الكمبيوتر التقليدية أداءً اليوم ملايين السنين.

حل مشاكل التحسين والمحاكاة

تعتبر أجهزة الكمبيوتر الكمومية جيدة بشكل خاص في حل مشاكل التحسين والمحاكاة التي تقوم عليها العديد من التحديات المتعلقة بالاستدامة والطاقة، ويمكنها التغلب على العوائق التي تحول دون ابتكار التكنولوجيا الخضراء بشكل أسرع بكثير من نظيراتها التقليدية.

إن الحوسبة الكمومية، على الرغم من أنها تكنولوجيا غير كاملة في حد ذاتها، من الممكن أن تعمل على تسريع الإنجازات الحاسمة والمساعدة في تحقيق أهداف المناخ العالمي ضمن الأطر الزمنية المرغوبة، على سبيل المثال، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية تسريع التحسينات في البطاريات الكهربائية، والتي تعتبر محورية في التحول إلى الطاقة المتجددة.

توفير محاكاة دقيقة لظاهرة ميكانيكا الكم

بينما تكافح أجهزة الكمبيوتر التقليدية لنمذجة العمليات الكيميائية وإلقاء الضوء على التفاعلات الجزيئية، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية توفير محاكاة دقيقة لظاهرة ميكانيكا الكم، مما يمهد الطريق لتحسين كفاءة البطارية وأدائها.

يمكن أن تساعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية في تحديد مواد البطاريات الأرخص والأكثر استدامة من حيث المصدر والإنتاج، مع تقليل عدد النماذج الأولية المخبرية التي تتطلب اختبارات مكثفة.

ويمكنها أيضًا المساعدة في تحسين كثافة طاقة البطاريات، مما يسمح بزيادة المدى وزيادة المرونة.

يستكشف العديد من مصنعي السيارات بالفعل استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتعزيز أبحاث البطاريات وتصميمها. في يناير 2022، دخلت هيونداي في شراكة مع شركة IonQ الناشئة للحوسبة الكمومية لتطوير خوارزميات كمومية جديدة لدراسة مركبات الليثيوم وتفاعلاتها الكيميائية المشاركة في كيمياء البطاريات.

وبالمثل، عقدت شركة دايملر شراكة مع شركة آي بي إم لاستخدام المحاكاة الكمومية لفهم بطاريات الليثيوم والكبريت بشكل أفضل واستكشاف كيفية تعزيز قدرة شحن البطاريات، وتقليل فقدان الطاقة عن طريق الحرارة، وخفض تكاليف الإنتاج.

بشكل منفصل، تقوم شركات مثل BMW بالتحقيق في استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتحديد المواقع المثالية لتثبيت محطات شحن السيارات الكهربائية “EV” تشير الأبحاث الحديثة إلى أن التكنولوجيا الكمومية يمكن أن توفر آليات جديدة لشحن بطاريات السيارات الكهربائية بمعدل أسرع.

يقلل وقت الشحن إلى ثلاث دقائق

ومن خلال الاستفادة من ظاهرة التشابك الكمي، يمكن لمحطات الشحن الكمومية تجديد جميع الخلايا داخل البطارية في وقت واحد، مما يقلل متوسط وقت شحن المركبات الكهربائية من 10 ساعات إلى ثلاث دقائق تقريبًا.

ويعتقد بعض الباحثين أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تكون متاحة تجاريا في فترة تتراوح بين ثلاث إلى خمس سنوات.

وبصرف النظر عن دعم أبحاث وتطوير البطاريات، يمكن للحوسبة الكمومية فتح المزيد من عمليات تصنيع الأسمدة الصديقة للبيئة وتسهيل الأمونيا الخضراء بأسعار معقولة. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تساعد في التغلب على التحديات المرتبطة بتكرار تثبيت النيتروجين بشكل مصطنع، على سبيل المثال.

يمكن للمحاكاة الكمومية أن تسلط الضوء على طرق تعزيز استقرار الإنزيم وحساسية الأكسجين وتحسين معدل إنتاج الأمونيا بواسطة النيتروجيناز.

ستؤدي هذه التطورات إلى خفض تكلفة الأمونيا الخضراء بنسبة 67 بالمائة التي يتم إنتاجها من خلال طرق اليوم وتقليل تأثيرات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن إنتاج الأمونيا لاستخدامها في الزراعة والشحن بشكل كبير.

تحديد مواد أفضل للخلايا الشمسية

وتشمل تطبيقات الاستدامة المحتملة الأخرى للحوسبة الكمومية تحديد مواد أفضل للخلايا الشمسية وتوربينات الرياح، أو محفزات أكثر امتصاصًا لتقنيات احتجاز الكربون.

يمكن أن تساعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية في حل مشاكل تحسين الشبكة أيضًا، مما يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة والطاقة، أو المساهمة في تنبؤات أكثر دقة وفي الوقت المناسب بالطقس، مما يتيح استراتيجيات استباقية وفعالة للتكيف مع المناخ، يمكن أن تدعم عمليات المحاكاة الكمومية أيضًا نمذجة نظام الأرض أو جهود البحث والتطوير في مجال الاندماج النووي.

باختصار، تُعَد التكنولوجيا الكمومية أداة غالبا ما يتم تجاهلها، ويمكنها إطلاق العنان لإمكانات التكنولوجيات الخضراء بشكل أسرع بكثير من الأساليب التقليدية، على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية نفسها يجب أن تصل إلى مستوى أعلى من الأداء للوفاء بوعدها الكامل، فإن الأنظمة الكمومية المعيبة اليوم تلعب دورًا مهمًا في تحقيق الأهداف المناخية العالمية.

وبينما يعمل المشاركون في مؤتمر الأمم المتحدة المعني بتغير المناخ (COP28) على إضفاء طابع عاجل وطموح جديد على المعركة العالمية ضد تغير المناخ، ينبغي لهم أيضًا دعم الجهود الرامية إلى تعزيز التعاون في مجال البحث والتطوير الكمي.

لا تعد الحوسبة الكمومية حلاً سحريًا لتحديات الطاقة والاستدامة في العالم، ولكنها يمكن أن تصبح أداة تحويلية تساعد في منع أسوأ آثار تغير المناخ والحد من المزيد من ظاهرة الاحتباس الحراري.

يمثل مؤتمر الأمم المتحدة المعني بتغير المناخ (COP28) فرصة ممتازة لتشجيع المشاركة بين الخبراء في مجالات الكم والاستدامة، وتسخير الإمكانات الإيجابية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، والتفكير بشكل إبداعي في دور التكنولوجيا في حل المشكلات الجماعية.