量子コンピューティングだけでは、ネットゼロを達成したり、気候変動を「解決」したりすることはできません。しかし、私たちが協力すれば、このテクノロジーを使用して画期的なグリーンイノベーションを実現できるとアシュリー・モンタナロ氏は書いています。
ドバイで開催されるCOP28では、テクノロジーとイノベーションがどの程度役割を果たすかなど、気候危機に対処するために世界のリーダーが結集しています。
2050 年までにネットゼロという目標を達成するには、できる限りのイノベーションと政策解決策をすべて投入する必要があります。
この体系的な課題の規模は、単一のイノベーションだけでは解決できないことを意味します。これを考慮すると、気候変動を「解決」できると主張する技術的な特効薬に非常に懐疑的になるのは当然です。
量子コンピューティングのようなバズワードに優しいテクノロジーに懐疑的になるのは特に自然であり、いつかは「気候危機に取り組む」、「世界の飢餓を解決する」、あるいはもしかしたら「地球を救う」かもしれないと言う人もいます。
しかし、巨大な可能性を秘めたテクノロジーであるため、それが気候危機の解決に貢献できるかどうか、いつ、どの程度貢献できるかを正確に理解するのに役立ちます。
量子コンピューターの最も重要な短期的な応用の 1 つは、量子力学が重要な役割を果たす物理システムのモデル化です。
これは標準的なコンピューターにとっては非常に困難なタスクですが、量子コンピューターには理想的に適しています。そして、太陽電池や触媒を含むいくつかの主要なクリーン エネルギー技術には、その中心に量子力学的効果があることが判明しました。
再生可能エネルギーへの量子の可能性をチャネリングする
気候変動と戦うための兵器庫の重要なツールである再生可能エネルギーのためのバッテリー貯蔵のケースを見てみましょう。
何年にもわたる顕著な価格低下を経て、風力発電と太陽光発電は現在、化石燃料よりも安価であり、ネットゼロを達成するために不可欠なものとみなされています。
ただし、これらの電源は両方とも断続的です。需要のピークと谷をまたいで容量管理を可能にし、夜間や風のない日にも対応するには、エネルギー貯蔵が必要です。英国だけでも、ナショナル・グリッドは、ネット・ゼロを達成するには、2050 年までに 50GW 以上の容量が必要であると見積もっています。
短期的なニーズには、リチウムイオン電池貯蔵が主要な技術です。ただし、バッテリー貯蔵のコストは陸上の風力発電や太陽光発電のコストの 3 倍以上になる可能性があり、これらの技術は化石燃料との競争力がなくなります。
しかし、1 日の時間スケールで見ると、大規模に商業的に実証されたバッテリー技術はまだありません。
より優れたバッテリーが開発されれば、太陽光発電や風力発電に依存する私たちの能力が根本的に変わる可能性があります。
より良いバッテリー、よりクリーンなエネルギー
より優れたエネルギー密度を備えた新しい電池を設計することは重要な目標ですが、候補材料をテストするための大規模な実験室実験の必要性によって妨げられてきました。
考えられるバッテリー材料は途方もないほどありますが、すべてを実験室でテストするには時間がかかりすぎますし、それらをモデル化する既存の計算手法は不正確すぎて役に立たない場合があります。
量子コンピューターは、バッテリー材料のエネルギー密度を実験室ではなく仮想的に正確に計算する機能を提供します。
これにより、何百もの新しい電池材料をスクリーニングして、最終的なラボテストに最も有望なものを選択できるようになります。
これは単なる希望的観測ではありません。私たちは、バッテリー材料の重要な特性を計算するための量子アルゴリズムを設計する方法を知っています。残っているのは、これらのアルゴリズムが意味のある問題に対して実行できるように、ハードウェアとソフトウェアに必要なパフォーマンスの改善を行うことだけです。
より優れたバッテリーは、貯蔵だけでなくクリーン エネルギーにも大きな影響を与える可能性があります。たとえば、より長距離の電気自動車やバッテリー駆動の飛行も可能になる可能性があります。
量子コンピューティングは、発電用の太陽光発電や、蓄電または送電用の超伝導体など、他のクリーンテクノロジーの開発にも貢献する可能性があります。
2050年までにネットゼロを達成するために2030年を目指す
2070 年ではなく 2050 年までに正味ゼロに到達することは、2 度の温暖化を達成するのではなく 1.5 度の温暖化を達成するかの違いになる可能性があります。これは、毎年数万人の命を救うのに十分な量です。
新しいバッテリー技術がプロトタイプから完全に商品化されるまでには 10 ～ 20 年かかる場合があります。
したがって、量子コンピューティングが 2050 年までのネットゼロの達成に大きな影響を与えるためには、2030 年頃までに量子コンピューティングによって最初のバッテリー材料が発見される必要があります。
近未来の量子コンピューターでのバッテリー材料モデリングなどの重要な問題の解決を進めれば、このタイムスケールは達成可能です。
Phasecraft では、マテリアルをモデリングするための量子アルゴリズムのコストが 100 万倍以上削減されることを実証してきました。
私たちは、そのような削減がさらに見つかると信じており、近い将来、量子コンピューターを使用してバッテリー材料や他の重要な物理システムをモデル化することが視野に入ってくると考えています。
ネットゼロパズルの重要なピース
量子コンピューティングだけでは、ネットゼロを達成したり、気候変動を「解決」したりすることはできません。これには、世界のリーダーと量子コミュニティの両方の間での持続的な国際協力と、大幅な排出量削減の即時実施が必要です。
しかし、私たちが協力すれば、このテクノロジーを使用して画期的なグリーンイノベーションを実現することができます。
この問題の緊急性を考えると、量子ハードウェアとソフトウェアの開発は引き続き急ピッチで進められる必要があります。完全に成熟したテクノロジーを待っていては、影響を与えるには遅すぎます。
量子コンピューティングは、ネットゼロのジグソーパズルの重要なピースになる可能性があります。少なくともこの点に関しては、COP28の参加者が同意できることを期待します。
Ashley Montanaro はブリストル大学の量子計算教授であり、量子アルゴリズム会社である Phasecraft の共同創設者兼 CEO です。
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