Sam Howell

قد كشف مؤتمر الأطراف COP28 في دبي عن عدة إعلانات تبرز العواقب الكارثية لتغير المناخ وتحفز المبادرات العالمية للحفاظ على مستقبل مرن في متناول اليد. على الرغم من أن هذه الإعلانات تستحق الثناء، فإنها تظل عديمة الفائدة إذا فشلت الدول في تنفيذها بنجاح. إذا كانت الدول جادة في الوفاء بالتزاماتها المناخية، فيجب أن تأخذ الحوسبة الكمية على محمل الجد، وهي تقنية قد تغير قواعد اللعبة ويمكن أن تدعم التنفيذ وتحفز الابتكارات المناخية الرائدة.

يهدف المشاركون في COP28 إلى الحد من الاحتباس الحراري العالمي إلى 1.5 درجة مئوية مقارنةً بمستويات ما قبل الثورة الصناعية بحلول عام 2050. تعد تقنيات الطاقة الخضراء – مثل السيارات الكهربائية، والتقاط الكربون وتخزينه، والزراعة المقاومة للمناخ – أساسية لمساعدة الدول على البقاء على المسار الصحيح وتقليص الانبعاثات الصافية إلى النصف بحلول عام 2030.

المشكلة هي أن العديد من تقنيات الطاقة الخضراء مكلفة ومعقدة لدرجة تجعلها غير مفيدة. علاوة على ذلك، قد تستغرق الأساليب الحالية للبحث العلمي والاكتشاف سنوات أو عقودًا لإنتاج التحسينات اللازمة، ولا يستطيع العالم تحمل انتظار ذلك. فارتفاع درجات الحرارة يسبب بالفعل تدهورًا بيئيًا، وتطرفًا في الأحوال الجوية، وعدم الأمان في الغذاء والماء والصراعات. لحسن الحظ، يمكن للحوسبة الكمية أن تساعد.

تستخدم الحوسبة الكمية قوانين الفيزياء الكمية لتخزين المعلومات ومعالجتها، ولحل المشكلات المعقدة بسرعة. أجهزة الكمبيوتر الكمية المتاحة اليوم تتطلب نضجًا إضافيًا لتحقيق كامل إمكاناتها، فهي لا تزال عرضة للخطأ وصغيرة الحجم. ولكن حتى في حالتها الحالية المحدودة من التطوير، تظهر أجهزة الكمبيوتر الكمية مزايا حسابية كبيرة مقارنةً بأجهزة الكمبيوتر التقليدية. يمكنها حل مشكلات في دقائق قد يستغرق أفضل أجهزة الكمبيوتر التقليدية الأداء اليوم ملايين السنين لحلها.

تتميز أجهزة الكمبيوتر الكمية بكفاءتها الخاصة في حل مشكلات التحسين والمحاكاة التي تشكل الأساس للعديد من التحديات المتعلقة بالاستدامة والطاقة، ويمكنها التغلب على العوائق التي تعترض ابتكار التكنولوجيا الخضراء بسرعة أكبر بكثير من نظيراتها التقليدية. على الرغم من أن الحوسبة الكمية تعد تكنولوجيا غير مكتملة بحد ذاتها، فإنها قد تسرّع الاختراقات الحاسمة وتساعد في تحقيق الأهداف المناخية العالمية ضمن الإطارات الزمنية المرغوبة.

على سبيل المثال، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمية أن تسرع التحسينات في البطاريات الكهربائية، التي تعتبر محورية للانتقال إلى الطاقة المتجددة. بينما تكافح أجهزة الكمبيوتر التقليدية لنمذجة العمليات الكيميائية وإلقاء الضوء على التفاعلات الجزيئية، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمية أن توفر محاكاة دقيقة للظواهر الكموميكانيكية، مما يمهد الطريق لتحسين كفاءة وأداء البطاريات. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمية أن تساعد في تحديد مواد البطاريات التي تكون أرخص وأكثر استدامة للمصادر والإنتاج، مع تقليل عدد النماذج الأولية في المختبرات التي تتطلب اختبارات واسعة النطاق. كما يمكن أن تساعد في تحسين كثافة طاقة البطاريات، مما يسمح بزيادة المدى ومزيد من المرونة.

عدة شركات تصنيع سيارات تستكشف استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمية لتعزيز أبحاث وتصميم البطاريات. في يناير 2022، دخلت شركة Hyundai في شراكة مع شركة الحوسبة الكمية الناشئة IonQ لتطوير خوارزميات كمية جديدة لدراسة مركبات الليثيوم والتفاعلات الكيميائية المتورطة في كيمياء البطاريات. بالمثل، دخلت شركة Daimler في شراكة مع IBM لاستخدام المحاكاة الكمية لفهم أفضل لبطاريات الليثيوم-الكبريت واستكشاف طرق لزيادة قدرة بطاريات الشحن، وتقليل الخسارة في الطاقة عن طريق الحرارة، وخفض تكاليف الإنتاج.

بشكل منفصل، تحقق شركات مثل BMW في استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمية لتحديد المواقع المثالية لتركيب محطات شحن السيارات الكهربائية (“EV”). تشير الأبحاث الحديثة إلى أن التكنولوجيا الكمية قد تقدم آليات جديدة لشحن بطاريات EV بمعدل أسرع. من خلال الاستفادة من ظاهرة الارتباط الكمي، يمكن لمحطات الشحن الكمية أن تعيد شحن كافة الخلايا داخل بطارية في نفس الوقت، مما يقلل من متوسط وقت شحن السيارات الكهربائية من 10 ساعات إلى حوالي ثلاث دقائق. يعتقد بعض الباحثين أن هذه التكنولوجيا قد تكون متاحة تجاريًا في غضون ثلاث إلى خمس سنوات فقط.

بخلاف دعم البحث والتطوير الخاص بالبطاريات، يمكن للحوسبة الكمية أن تفتح الباب لعمليات تصنيع الأسمدة الأكثر صداقة للبيئة وتسهيل تحقيق الأمونيا الخضراء بأسعار معقولة. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمية أن تساعد في التغلب على التحديات المرتبطة بتكرار تثبيت النيتروجين اصطناعيًا، على سبيل المثال. قد تُسلّط المحاكاة الكمية الضوء على طرق لتعزيز استقرار الإنزيم وحساسيته للأكسجين وتحسين معدل إنتاج الأمونيا بواسطة النيتروجيناز. ستؤدي هذه التطورات إلى تخفيض التكاليف بنسبة 67 بالمئة عن الأمونيا الخضراء المنتجة بالطرق المستخدمة اليوم، وتقلل بشكل كبير من تأثيرات ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الأمونيا المستخدمة في الزراعة والشحن.

تشمل التطبيقات الأخرى المحتملة للاستدامة في مجال الحوسبة الكمية تحديد مواد أفضل للخلايا الشمسية وتوربينات الرياح، أو محفزات أكثر قدرة على الامتصاص لتكنولوجيات احتجاز الكربون. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمية أن تساعد أيضًا في حل مشكلات تحسين الشبكة الكهربائية، مما يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة والكهرباء، أو المساهمة في توقعات الطقس الأكثر دقة وتوقيتًا، مما يمكّن من تبني استراتيجيات تكيف مناخي فعالة واستباقية. قد تدعم المحاكاة الكمية أيضًا نمذجة نظام الأرض، أو جهود البحث والتطوير المتعلقة بالاندماج النووي.

باختصار، التكنولوجيا الكمية هي أداة غالبًا ما يتم إغفالها والتي يمكن أن تفتح إمكانيات التكنولوجيات الخضراء بسرعة أكبر بكثير من الطرق التقليدية. على الرغم من أن الحواسيب الكمية نفسها يجب أن تصل إلى مستوى أداء أعلى لتحقيق وعدها الكامل، فإن أنظمة الكم الناقصة اليوم لها دور مهم يجب أن تلعبه في تحقيق أهداف المناخ العالمية.

بينما يعمل المشاركون في مؤتمر الأطراف COP28 على تحفيز الطموح لمكافحة التغير المناخي على المستوى العالمي، يجب عليهم أيضًا دعم الجهود لتعزيز التعاون في مجال البحث والتطوير الكمي. الحوسبة الكمية ليست الحل السحري لتحديات الطاقة والاستدامة في العالم، لكنها يمكن أن تصبح أداة تحويلية تساعد في منع أسوأ آثار التغير المناخي وتقليل الاحتباس الحراري العالمي.

يقدم مؤتمر الأطراف COP28 فرصة ممتازة لتشجيع التفاعل بين الخبراء في مجالات الكم والاستدامة، واستغلال الإمكانات الإيجابية للحواسيب الكمية، والتفكير بشكل خلاق حول دور التكنولوجيا في حل المشاكل الجماعية. حان الوقت للمشاركين في COP28 لاستغلال اللحظة الكمية.