Da solo, il calcolo quantistico non può raggiungere lo zero netto o “risolvere” il cambiamento climatico. Ma, se lavoriamo insieme, possiamo utilizzare questa tecnologia per consentire innovazioni verdi rivoluzionarie, scrive Ashley Montanaro.
Alla COP28 di Dubai, i leader mondiali si riuniranno per affrontare la crisi climatica, compresa la misura in cui la tecnologia e l’innovazione giocheranno un ruolo.
Se vogliamo raggiungere l’ambizione di zero emissioni entro il 2050, allora dobbiamo apportare tutte le innovazioni e le soluzioni politiche che possiamo sopportare.
La portata di questa sfida sistemica significa che non può essere risolta semplicemente con una singola innovazione: dato questo, è naturale essere molto scettici nei confronti di qualsiasi soluzione miracolosa tecnologica che affermi di essere in grado di “risolvere” il cambiamento climatico.
È particolarmente naturale essere scettici nei confronti di una tecnologia favorevole alle parole d’ordine come l’informatica quantistica, poiché alcuni sostengono che un giorno potrebbe “affrontare la crisi climatica”, “risolvere la fame nel mondo” o forse addirittura “salvare il pianeta”.
Ma trattandosi di una tecnologia dall’enorme potenziale, aiuta a capire esattamente se, quando e in che misura potrà contribuire a risolvere la crisi climatica.
Una delle più importanti applicazioni a breve termine dei computer quantistici sarà la modellazione di sistemi fisici in cui la meccanica quantistica svolge un ruolo chiave.
Si tratta di un compito incredibilmente impegnativo per i computer standard, ma è ideale per i computer quantistici. E si scopre che diverse tecnologie chiave per l’energia pulita, comprese le celle solari e i catalizzatori, hanno al centro effetti quantomeccanici.
Canalizzare il potenziale dei quanti per l’energia rinnovabile
Diamo un’occhiata al caso delle batterie di stoccaggio per l’energia rinnovabile, uno strumento cruciale nell’arsenale per combattere il cambiamento climatico.
Dopo anni di notevoli riduzioni dei prezzi, l’energia eolica e solare sono ora più economiche dei combustibili fossili e sono considerate essenziali per raggiungere l’obiettivo zero.
Ma entrambe queste fonti di energia sono intermittenti. Per consentire la gestione della capacità durante i picchi e i minimi della domanda e per gestire le ore notturne e le giornate senza vento è necessario lo stoccaggio dell’energia. Solo nel Regno Unito, la National Grid stima che entro il 2050 saranno necessari più di 50 GW di capacità per raggiungere lo zero netto.
Per le esigenze a breve termine, la tecnologia leader è lo stoccaggio tramite batterie agli ioni di litio. Tuttavia, il costo dello stoccaggio delle batterie può essere più del triplo del costo dell’energia eolica o solare onshore, rendendo queste tecnologie non competitive rispetto ai combustibili fossili.
Su scala giornaliera, tuttavia, non esiste ancora una tecnologia delle batterie commercialmente comprovata su larga scala.
Lo sviluppo di batterie migliori potrebbe cambiare radicalmente la nostra capacità di fare affidamento sull’energia solare ed eolica.
Batterie migliori, energia più pulita
Progettare nuove batterie con una migliore densità energetica è un’ambizione chiave, ma è stata frenata dalla necessità di estesi esperimenti di laboratorio per testare i materiali candidati.
Esiste una gamma sconcertante di possibili materiali per le batterie, ma ci vorrebbe troppo tempo per testarli tutti in laboratorio, e i metodi computazionali esistenti per modellarli a volte sono troppo imprecisi per essere utili.
I computer quantistici offriranno la possibilità di calcolare con precisione la densità energetica dei materiali delle batterie virtualmente, anziché in laboratorio.
Ciò a sua volta consentirà lo screening di centinaia di nuovi materiali per batterie per selezionare quelli più promettenti per i test finali di laboratorio.
Non si tratta solo di un pio desiderio: sappiamo come progettare algoritmi quantistici per calcolare le proprietà chiave dei materiali delle batterie: tutto ciò che resta è apportare i necessari miglioramenti prestazionali all’hardware e al software in modo tale che questi algoritmi possano essere eseguiti su problemi significativi.
Batterie migliori potrebbero anche avere un impatto significativo sull’energia pulita oltre al semplice stoccaggio. Ad esempio, potrebbero consentire auto elettriche ad autonomia superiore o addirittura voli alimentati a batteria.
L’informatica quantistica potrebbe anche contribuire allo sviluppo di altre tecnologie pulite, come il fotovoltaico per la generazione di elettricità e i superconduttori per lo stoccaggio o la trasmissione di elettricità.
Puntare al 2030 per contribuire a raggiungere lo zero netto entro il 2050
Raggiungere lo zero netto entro il 2050 anziché entro il 2070 potrebbe fare la differenza tra raggiungere 1,5 gradi anziché 2 gradi di riscaldamento, sufficienti a salvare decine di migliaia di vite ogni anno.
Possono volerci 10-20 anni affinché una nuova tecnologia di batterie passi dal prototipo alla piena commercializzazione.
Quindi, affinché l’informatica quantistica abbia un impatto significativo sul raggiungimento dello zero netto entro il 2050, dovremo vedere i primi materiali per batterie scoperti dall’informatica quantistica entro il 2030 circa.
Questo orizzonte temporale è raggiungibile se ci impegniamo a risolvere problemi importanti come la modellazione dei materiali delle batterie sui computer quantistici del prossimo futuro.
In Phasecraft abbiamo dimostrato riduzioni del costo degli algoritmi quantistici per la modellazione dei materiali di fattori superiori a un milione.
Riteniamo che si debbano trovare ulteriori riduzioni di questo tipo e che sia in vista la modellazione dei materiali delle batterie, così come di altri importanti sistemi fisici, utilizzando computer quantistici a breve termine.
Un pezzo importante del puzzle net zero
Da solo, l’informatica quantistica non può raggiungere lo zero netto o “risolvere” il cambiamento climatico: ciò richiederà una cooperazione internazionale sostenuta, sia tra i leader mondiali che tra la comunità quantistica, nonché l’attuazione immediata di significativi tagli alle emissioni.
Ma, se lavoriamo insieme, possiamo utilizzare questa tecnologia per consentire innovazioni verdi rivoluzionarie.
Data l’urgenza di questo problema, lo sviluppo di hardware e software quantistici deve continuare a ritmo sostenuto: attendere una tecnologia completamente matura sarebbe troppo tardi per avere un impatto.
L’informatica quantistica potrebbe essere un pezzo importante del puzzle net zero. Almeno su questo punto, speriamo che i delegati della COP28 possano essere d’accordo.
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