量子运算或将有效应对气候变迁 https://bit.ly/3qYx266 世界各国不断紧随着联合国制定协议，并大力寻找减少气候变化影响的方法。2021年联合 国气候变迁会议(COP26)被认为是限制全球气温上升在1.5摄氏度以上的最後和最好的机会 。若无法达成，将可能导致灾难性的影响。 为减少碳足迹需要了解其科学。最好的方法是利用强大的运算设备模拟气候模型和化学的 交互作用。同样的，寻找替代燃料、改善电动汽车以提高采用率，以及其他抑制气候变迁 的研究都需要高运算能力。因此，迫切需要加快研发阶段以创造可行的解决方案。 高效能运算面临之挑战 到目前为止，这些过程都利用高效能电脑（HPC或超级电脑）来协助运算。然而，高效能 运算已经面临着满足当前需求和期望的几个挑战： HPC非常耗能。例如，机器需要100 MW的功率，相当於为80,000个美国家庭供电所需的能 量。 随着机器的需求继续地增长，将达到无法永续的消费水准。训练人工智慧模型需要在HPC 上运行的演算法，并在其生命周期中可能产生 284,000公斤的二氧化碳，相当於五辆汽车 生命周期的排放量，包含制造过程。 量子电脑运算之优异性与应用层面 HPC的替代方案是下一代量子电脑运算的技术，其功能强大，能耗也更低。由於仰赖於量 子力学特性，量子运算将减少运算时间，进而减少能量的消耗。量子电脑因为仍处於初始 开发阶段，未来还有可能比现在更强大。 以下一些可行阶段之应用，可藉由利用量子运算模拟来缓解气候变迁： 电动车 以电动车的角度来看，电池的改进重点在增加其能量密度。可针对电池材料相关进行化学 反应研究和电池重量优化的电化学模拟，将可大大降低电动汽车的成本。此外，量子运算 可以帮助加快对电池材料可用於制造的研究，藉由模拟以材料如何与催化剂的交互作用， 可缩短开发时间并延长电池寿命。而这些因素，将使转型电动车的途径更加顺利。 解决交通运输问题 不论路上或海上，如果能够透过量子电脑寻找优化安全且最佳路线，将有助於降低运输成 本，缩减拥塞及运送时间。 材料探索 新材料的探索可帮助改善能量转换、传输、储存、能源利用以及优化碳密集型材料的设计 ，这些都会影响气候变化。过去透过高效能运算的分子模拟，来探索新材料得到了显着地 推动。随着分子变得越来越复杂，模拟的运算量也越来越大，可能需要多年的研究，运算 将成为瓶颈。若应用於量子电脑上，分子模拟将快速而准确。 再生能源 为逐步淘汰煤炭使用并加速转向再生能源，需凭藉更高的运算能力，藉由加快模拟次数以 改善太阳能电池或风电场。我们也可利用量子机器学习来优化电网基础设施，减少发电周 转时间并提高准确性。量子运算目前正被用於其他洁净能源之替代品，例如如何安全运用 氢燃料。 飞机设计 透过开发运算偏微分方程的有效解决方案，利用量子运算执行流体动力学运算模拟，以减 少机翼阻力，使飞机飞行更节能。藉由微小设计的改进，有可能阻止数百万吨的CO2进入 大气。 气候预测建模 透过天气建模来限制碳足迹。从理论上来说，量子运算可以藉由精确地模拟碳足迹，帮助 更准确的预测气象，因为其能够比传统电脑接收更多数据输入。因此，可为能源生产和供 应制定精准的计划，并帮助气象学家和环境科学家创建准确的气候模型，以了解行为和技 术的洁净转型变化对地球及其生态系统的影响。 农业 肥料生产是一个能源密集型过程，消耗全球约2%的能源。透过了解各种细菌的行为，开发 更环保的肥料。由於需要对形成这些细菌的酶和蛋白质进行详细模拟，量子电脑已成为传 统电脑更好的选择。 绿色云端 (Green Cloud) 绿色云端运算已经在各个领域得到普及。云端运算显着减少了数据中心数量，否则将会过 度产生碳足迹。量子运算可负责提供消耗更少能量的数据储存解决方案。从这个角度来看 ，混合量子传统云端系统具有很大的推动力，这些基於云端开源环境的开发，将使量子电 脑的利用更加顺畅。 目前，许多产业如汽车、航太、电子和制造业，都需要强大的运算能力，且量子运算也正 在加速创新。现在，我们正处於进入量子运算有利的位置，可以让一些产业从传统运算过 渡到量子领域。随着环境恶化的问题不断浮现，我们被迫加速开发能以更少的能量与高适 应性之量子技术，来帮助完成更好的运算模拟，并协助产业应对气候变迁带来的危机和转 机。 --

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