हवामान बदलासाठी Qubits

हवामान बदलाच्या वास्तवाचा मानवी जीवनावर आणि निसर्गावर अभूतपूर्व परिणाम होत आहे. यावर्षी दक्षिण आशियामध्ये उष्णतेच्या लाटा अधिक तीव्र झाल्या आहेत आणि संपूर्ण उन्हाळ्यात दक्षिण युरोपला वणव्याने ग्रासले आहे. अनेक जागतिक नेते आणि कॉर्पोरेट दिग्गज हवामान बदलाचा सामना करण्यासाठी तत्काळ कृती करण्याचे वचन देत असताना, तांत्रिक नवकल्पना या त्रासदायक समस्येचे निराकरण करण्यासाठी तयार आहेत. उदयोन्मुख तंत्रज्ञानांपैकी, क्वांटम तंत्रज्ञानामध्ये हवामान संकट सोडविण्याची प्रचंड क्षमता आहे. क्वांटम ऍप्लिकेशन्स आणि प्रक्रिया आपल्या शाश्वत भविष्यात महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू शकतात; ते हे सुनिश्चित करू शकतात की उत्सर्जन मानकांचे पालन केले जात आहे, हवामानाशी संबंधित निर्णय घेणे सुधारू शकते आणि चांगल्या वातावरणासाठी दीर्घकालीन उपाय प्रदान करू शकतात. राष्ट्र-राज्ये आणि बिग टेक कंपन्या क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये प्रगती करत असल्याने, गुंतवणूक वाढवली पाहिजे आणि हवामान बदलाचा सामना करण्यासाठी संशोधन आणि विकासासह तंत्रज्ञानाचा नैतिक वापर सुव्यवस्थित केला पाहिजे.

क्लायमेट अॅक्शनमध्ये क्वांटम तंत्रज्ञानाचा व्यावहारिक अनुप्रयोग

क्वांटम संगणक शास्त्रीय लॉजिकल बिट्स ऐवजी क्यूबिट्स तैनात करतात जे वाढीव संगणन शक्ती, घातांक प्रक्रिया क्षमता आणि बायनरी निर्णयांऐवजी संभाव्यतेवर आधारित परिणामांमध्ये मदत करतात. यामुळे क्वांटम कॉम्प्युटरला सिम्युलेशन तयार करणे सोपे होते जे अन्यथा क्लिष्ट आणि शास्त्रीय संगणकांच्या व्याप्तीच्या पलीकडे असतात. उदाहरणार्थ, आर्टिफिशियल इंटेलिजन्स (एआय) सह जोडल्यास, क्वांटम कॉम्प्युटर पाण्याच्या गुणवत्तेच्या नावीन्यतेसाठी अधिक अचूकतेसह चाचण्यांचे अनुकरण करण्यात मदत करू शकतो. ते अर्थव्यवस्थेच्या स्पेक्ट्रममध्ये स्थिरता सुधारण्यात देखील मदत करू शकतात. क्वांटम संगणक प्रदूषण कमी करू शकतात अशा काही मार्गांची खाली चर्चा केली आहे.

क्वांटम संगणक शास्त्रीय लॉजिकल बिट्स ऐवजी क्यूबिट्स तैनात करतात जे वाढीव संगणन शक्ती, घातांक प्रक्रिया क्षमता आणि बायनरी निर्णयांऐवजी संभाव्यतेवर आधारित परिणामांमध्ये मदत करतात.

पॉवर स्टोरेज आणि पुरवठा

वीज निर्मिती हे ग्रीनहाऊस गॅस (GHG) उत्सर्जनाचे एक प्रमुख कारण आहे आणि उर्जेच्या क्षेत्रात क्वांटम कंप्युटिंगचा व्यावहारिक उपयोग सिम्युलेशन आणि मॅप मागणी/पुरवठा अधिक अचूकतेने वीज निर्मितीला अनुकूल करण्याची क्षमता असू शकते. या व्यतिरिक्त, क्वांटम क्षमता वीज पुरवठ्यातील गळती आणि अंतर देखील ओळखू शकतात, ते कसे संग्रहित केले जाते, प्रसारित केले जाते आणि वितरित केले जाते यावर नाटकीयरित्या प्रभाव टाकतात. भारतात, दरवर्षी 15 ते 20 टक्के अक्षय ऊर्जा वाया जाते कारण ग्रीड ऊर्जेतील चढउतार व्यवस्थापित करू शकत नाही. त्याचप्रमाणे ट्रान्समिशनमध्ये जवळपास 20 टक्के वीज वाया जाते. अधिक तीव्र ऑप्टिमायझेशन अल्गोरिदमवर आधारित क्वांटम ऍप्लिकेशन्समुळे विजेचा अपव्यय कमी होऊ शकतो. सौरऊर्जेचे नुकसान कमी करून आणि हरित ऊर्जा संक्रमणास मदत करून अधिक प्रभावी सौर पॅनेल तयार करण्यासाठी उदयोन्मुख तंत्रज्ञान देखील लागू केले जाऊ शकते.

बांधकामाचे सामान

जगभरातील GHG उत्सर्जनात बांधकाम आणि इमारत क्षेत्राचा वाटा सुमारे 40 टक्के आहे. हे नवीन टिकाऊ सामग्री डिझाइन करण्यासाठी, उत्सर्जन पातळी कमी करण्यासाठी आणि प्रदूषण कमी करण्यात मदत करण्यासाठी मार्ग उघडते. क्वांटम तंत्रज्ञान अशा सामग्रीच्या डिझाइनमध्ये मदत करू शकतात. त्रुटी-दुरुस्त क्वांटम संगणक, जे आतापासून किमान 10 वर्षे दूर आहेत, नवीन आण्विक संरचनांचे संश्लेषण करण्यात मदत करू शकतात ज्यामुळे कार्बन फूटप्रिंट कमी होते. क्वांटम केमिस्ट्रीमधून तयार केलेली मॉडेल्स सिमेंट, अॅल्युमिनिअम आणि स्टील सारख्या सामग्रीच्या जागी उपयुक्त ठरू शकतात जे ऊर्जा-केंद्रित आहेत, त्यांच्या उत्पादनात जास्त उत्सर्जन करतात आणि वापरात असताना मोठ्या प्रमाणात उत्सर्जन करतात. ही नवीन सामग्री हलकी आणि अधिक मजबूत असेल, ज्यामुळे पायाभूत सुविधांचे दीर्घायुष्य सुधारेल आणि देखभाल आणि बदलण्याची वारंवारता कमी होईल.

वाहतूक आणि रसद

ट्रक, ट्रेन, एरोप्लेन आणि जलमार्गांच्या मदतीने वस्तू आणि सामग्रीची वाहतूक आणि कार, बस, ट्रेन आणि इतर खाजगी वाहनांद्वारे लोकांची हालचाल हे जागतिक GHG उत्सर्जनाच्या जवळपास 20 टक्के वाटा आहे. मॉडर्न-डी ट्रान्सपोर्टेशनमध्ये फ्लुइड डायनॅमिक्सचा वापर समाविष्ट असतो ज्याची कार्यक्षमता मर्यादित होते कारण शास्त्रीय संगणन मोठ्या पृष्ठभागाचे अनुकरण करू शकत नाही. याचा अर्थ असा होतो की अशी अनेक सिम्युलेशन भौतिक नमुना म्हणून केली जाणार आहेत, ज्यामुळे केवळ GHG उत्सर्जन होत नाही तर ते केवळ काही वापराच्या प्रकरणांपुरते मर्यादित आहेत. अशा समस्या क्वांटम सिम्युलेशनच्या वापराद्वारे सुधारल्या जाऊ शकतात जे सिस्टमच्या मर्यादांवर आधारित चांगले डिझाइन प्रदान करू शकतात आणि नुकसान कमी करू शकतात. बोईंग आणि एअरबस सारख्या विमान उत्पादक देखील क्वांटम-लेड इनोव्हेशनचा विचार करत आहेत ज्यामुळे इंधनाचा वापर कमी होऊ शकतो.

क्वांटम केमिस्ट्रीमधून तयार केलेली मॉडेल्स सिमेंट, अॅल्युमिनिअम आणि स्टील सारख्या सामग्रीच्या जागी उपयुक्त ठरू शकतात जे ऊर्जा-केंद्रित आहेत, त्यांच्या उत्पादनात जास्त उत्सर्जन करतात आणि वापरात असताना मोठ्या प्रमाणात उत्सर्जन करतात.

सुधारित पर्यावरणीय निर्णय घेण्याकरिता क्वांटम संगणन

पुराव्यावर आधारित निर्णयक्षमता सुधारण्यासाठी AI आणि मशीन लर्निंग सारख्या इतर उदयोन्मुख तंत्रज्ञानासह क्वांटम संगणकांचा वापर केला जाऊ शकतो. ते समांतरपणे मोठ्या संख्येने सिम्युलेशन चालवू शकतात जे जलद चाचणी, तुलना, त्रुटी सुधारणे आणि उत्पादन किंवा सेवा तैनात करण्यास अनुमती देतात. उदाहरणार्थ, युरोपियन युनियनमधील अनेक राष्ट्रे काळ्या कोळशाच्या तुलनेत 40 टक्के कमी GHG उत्सर्जित करणाऱ्या द्रवरूप नैसर्गिक वायूने ​​(LNG) कोळशाच्या जागी स्वच्छ इंधनाची निवड करत आहेत. तथापि, बहुतेक युरोपियन राज्यांना एलएनजी आयात करणे आवश्यक आहे जे सर्वात इष्टतम मार्ग शोधणे, शिपमेंटची वारंवारता आणि वाहतुकीचे नुकसान कमी करणारे सर्वोत्तम मार्ग वापरणे याभोवती आव्हाने निर्माण करतात. शास्त्रीय संगणनाला मर्यादांचा सामना करावा लागत असल्याने, IBM सारख्या टेक दिग्गजांनी क्वांटम कॉम्प्युटिंग-आधारित निर्णयांवर काम करण्यासाठी ExxonMobil सारख्या तेल आणि वायू समूहांना मदत करण्यासाठी पाऊल ठेवले आहे. यामुळे अनेक नैसर्गिक संसाधनांची बचत होईल आणि पर्यावरणास हानीकारक होणारे नुकसान कमी होईल.

जेव्हा प्रेडिक्टिव डेटा मॉडेलिंगसह क्वांटम कंप्युटिंग अल्गोरिदमचा वापर केला जातो, तेव्हा जंगलातील आग आधीच कमी केली जाऊ शकते आणि पूर कमी करणे मोठ्या प्रमाणात मोजले जाऊ शकते. या व्यतिरिक्त, वीज पुरवठ्यावर आणि मागणीतील वाढीवर परिणाम करणारी अत्यंत हवामान परिस्थिती यांचाही अंदाज लावला जाऊ शकतो आणि त्यानुसार संबोधित केले जाऊ शकते.

सध्या, इलेक्ट्रिक वाहनांच्या बॅटरी, मग ते ऍसिड-आधारित किंवा ली-आधारित, मर्यादित स्टोरेज क्षमता आहेत आणि नियमितपणे बदलणे आवश्यक आहे. पुढे, त्यांची विल्हेवाट लावणे हे एक गंभीर पर्यावरणीय आव्हान बनले आहे कारण त्यापैकी बहुतेक योग्य सावधगिरीशिवाय टाकून दिले जातात, ज्यामुळे माती, हवा आणि जल प्रदूषण होते. क्वांटम कॉम्प्युटर पॉवर स्टोरेजची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी आणि दीर्घ कालावधीसाठी पॉवर साठवण्यासाठी पद्धती सुचवू शकतात, ज्यामुळे या बॅटरी वारंवार बदलण्याची गरज कमी होते. 2050 पर्यंत जागतिक तापमानवाढ 2℃ पेक्षा कमी ठेवण्यासाठी हे महत्त्वाचे ठरेल.

बर्‍याच युरोपियन राज्यांना एलएनजी आयात करावी लागते ज्यामुळे सर्वात इष्टतम मार्ग शोधणे, शिपमेंटची वारंवारता आणि वाहतुकीचे नुकसान कमी करणार्‍या सर्वोत्तम संभाव्य मार्गांचा वापर करणे हे आव्हान उभे करते.

उदयोन्मुख तंत्रज्ञान खत उद्योगासाठीही उपयुक्त ठरणार आहे. सध्या, जागतिक GHG च्या प्रमाणामध्ये खत उत्पादनाचा वाटा जवळपास 2 टक्के आहे. आणि क्वांटम कॉम्प्युटरच्या वापराने नायट्रोजन फिक्सेशनची प्रक्रिया अधिक टिकाऊ आणि पर्यावरणपूरक बनवता येते. संशोधक आणि शास्त्रज्ञ मातीच्या जीवाणूंद्वारे वापरल्या जाणार्‍या नैसर्गिक नायट्रोजन स्थिरीकरणाच्या प्रक्रियेचा अंदाज घेण्यासाठी क्वांटम मॉडेलिंग वापरत आहेत जे नंतर मातीचे प्रदूषण रोखण्यासाठी आणि रासायनिक नायट्रोजन-आधारित खतांच्या उत्पादनात उर्जेची मागणी कमी करण्यासाठी कृत्रिमरित्या विकसित केले जाऊ शकते.

पुढचा मार्ग

सध्या, क्वांटम विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाचा विकास नवजात टप्प्यात आहे. बहुतेक राष्ट्र राज्ये गोंगाटयुक्त इंटरमीडिएट-स्केल क्वांटम (NISQ) संगणन साध्य करण्याचे उद्दिष्ट ठेवत आहेत, म्हणजे 50 क्यूबिट्स ते 100 क्यूबिट्ससह क्वांटम कॉम्प्युटर तयार करणे ज्यामध्ये मर्यादित प्रदर्शन क्षमता आहे. प्रयोग, सिम्युलेशन आणि ऑप्टिमायझेशन प्रक्रिया पार पाडणे हे भांडवल-केंद्रित आहे आणि त्यासाठी आणखी अनेक वर्षे मजबूत संशोधन आवश्यक आहे. तथापि, क्वांटम सोल्यूशन्समुळे हवामान बदलाचे निराकरण करणे आर्थिकदृष्ट्या शक्य होईल. त्यामुळे, शाश्वत भविष्यासाठी या तांत्रिक नवकल्पनांचे नेतृत्व करू शकणार्‍या गुणवत्तेचे पालनपोषण करणे आणि गुंतवणुकीचा स्थिर प्रवाह सुनिश्चित करणे ही सरकारे, R&D संस्था आणि खाजगी क्षेत्राची जबाबदारी आहे. विशेष निधीची स्थापना केली जाऊ शकते जी केवळ हवामान बदलाशी निगडित क्वांटम तंत्रज्ञान विकसित करण्यावर लक्ष केंद्रित करते. राष्ट्र-राज्यांनी हे देखील सुनिश्चित केले पाहिजे की त्यांची राजकीय इच्छा क्वांटम-आधारित समस्या सोडवण्याशी संरेखित आहे. यासाठी, QUAD आणि संयुक्त राष्ट्रांच्या संबंधित एजन्सी सारख्या बहुपक्षीय गटांमध्ये हवामान कृतीसाठी क्वांटम तंत्रज्ञानाचा योग्य वापर केला जाऊ शकतो.