Квантовый бум

Квантовые технологии ассоциируются у нас с учеными, сложными математическими задачами и нечеловеческими проблемами. Это не совсем так. Мы выбрали несколько новостей из мира квантового компьютинга, которые показывают: уже сейчас с помощью квантовых технологий компании решают экологические вопросы и делают жизнь людей лучше!

Энергетический кризис

Южная Африка с 2007 года испытывает повсеместные отключения электроэнергии, поскольку предложение сильно отстает от спроса. Разумеется, энергетический кризис плохо сказывается на качестве жизни людей и на промышленности. Так, добыча полезных ископаемых в ЮАР из-за этого снизилась этой весной почти на 15%.

Сейчас аналитическая компания FICO вместе с Kakanyo Business Solutions изучают перспективу применения квантово-вдохновленных алгоритмов с целью повышения производительности энергетического рынка Южной Африки. Благодаря солверу FICO Xpress Solvers компания сможет определить такие вещи, как наиболее подходящее время года для остановок станций на ремонт или определение периода, когда спрос на энергию низкий, а стоимость произведенной энергии минимальна. Повышение производительности даже на несколько процентов в данном случае может означать улучшение качества жизни многих людей.

В энергетическом кризисе поможет и эффективное расположение станций. Но рассчитать это самое оптимальное расположение очень сложно из-за большого количества переменных. Всего пятьдесят турбин и сто подходящих мест дают космически большое количество комбинаций.

Это классическая комбинаторная задача, которая появляется, когда требуется расположить объекты на карте. Квадратичная задача о назначениях, как ее еще называют, является, говоря математическим языком, NP-трудной. Это значит, что ее невозможно решить за полиномиальное (то есть разумное) время, и даже задачи с небольшим количеством переменных могут потребовать несколько дней вычислений на обычном компьютере. Именно поэтому используют квантово-вдохновлённые алгоритмы. Qubit Engineering с Microsoft выяснили, что при оптимальном расположении ветряков дополнительная выработка энергии может составлять десятки мегаватт (МВт). Для масштаба приведём пример. Проводка на входе в среднестатистическую квартиру рассчитана на 25 А. Умножаем на 220 В и получаем 5500 Вт, то есть 0,0055 МВт. Значит, 1 МВт это 182 квартиры. Много это или мало? А ведь это не все, на что способны современные технологии.

Эко-материалы

Квантовые вычисления способны привести к крупным прорывам, необходимым и для решения климатического кризиса. Например, создать более дешевые электрические батареи можно будет, если найти новый катализатор. Для этого необходимо протестировать тысячи молекулярных комбинаций, что означает длительные и очень дорогие лабораторные эксперименты методом проб и ошибок (часто с разочаровывающими незначительными улучшениями).

Сегодня для производства аммиака (один из основных компонентов для удобрений) используют водород из природного газа и азот из воздуха. Добыча их сложная, дорогостоящая. Однако есть и «обходной» путь: микробы производят аммиак, извлекая водород из воды и используя фермент, играющий роль биологического катализатора — то есть молекулы, которая запускает и ускоряет химические реакции.

Функцию этого фермента можно воспроизвести с помощью искусственного катализатора, но смоделировать формулу синтетического фермента, обладающего той же стабильностью, что и естественный, с помощью обычных компьютеров на данный момент просто невозможно. Однако в будущем при помощи вычислений на квантовом компьютере можно будет использовать воду вместо природного газа (как источника водорода) и производить аммиак при температуре около 30°С вместо 400°С. То есть фактически симулировать работу фермента на компьютере. Это, в свою очередь, позволит сделать аммиак достаточно дешевым, чтобы начать использовать его, например, в качестве топлива на кораблях. Все эти шаги гарантировано помогут планете вернуться на траекторию 1,5°C.

Оптимизация производства

Испанский стартап, который занимается квантовыми вычислениями, Multiverse Computing объявил о сотрудничестве с заводом электроники Bosch в Мадриде. Совместные усилия будут направлены на оптимизацию процессов и повышение качества, эффективности и производительности завода при помощи квантовых и квантово-вдохновлённых алгоритмов. Bosch сейчас придерживается своей глобальной стратегии по созданию умных фабрик. Если все пойдет по плану и до конца этого года Bosch увидит (в чем мы не сомневаемся) улучшение производительности оборудования и контроля качества, а также повышение общей эффективности, включая управление энергией и отходами, то Multiverse сможет приступить к другим отделениям в глобальной сети Bosch. Напомним, что Bosch имеет в общей сложности 240 производственных предприятий и еще и примерно 440 дочерних. Оптимизация в этом случае означает не только экономию ресурсов, но и уверенный шаг к устойчивому развитию!

Это лишь малая часть примеров внедрения квантово-вдохновленных алгоритмов и квантовых компьютеров. Конечно, технологии являются важнейшим элементом в борьбе с изменением климата или энергетическим кризисом, но сами по себе они не могут решить проблему и полагаться лишь на них все же нельзя. Необходимо, чтобы и сами люди, меняя свои повседневные привычки, вносили посильный вклад в сохранение ресурсов планеты.