L’informatique quantique est une technologie en plein essor qui exploite les lois de la mécanique quantique pour résoudre des problèmes trop complexes pour les ordinateurs classiques.
Grâce à son potentiel de résolution de problèmes complexes plus rapidement et plus précisément que jamais, l’informatique quantique pourrait être la clé pour débloquer les solutions nécessaires pour atténuer l’impact du changement climatique dans les années à venir.
L’informatique quantique : qu’est-ce que c’est ?
L’informatique quantique est une technologie qui utilise la mécanique quantique pour expliquer le comportement de l’énergie et de la matière aux niveaux atomique et subatomique.
Dans le calcul binaire classique, le bit est l’unité de base de l’information, et chaque bit peut être codé comme l’un des deux états suivants : 0 ou 1. En revanche, les bits quantiques, ou qubits, l’unité d’information de base des ordinateurs quantiques, peuvent se trouver dans plusieurs états entre 0 et 1 simultanément, une propriété appelée superposition.
Cette propriété de superposition des qubits permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer des calculs complexes d’une manière fondamentalement différente de celle des ordinateurs classiques.
Les ordinateurs quantiques peuvent résoudre des problèmes qui nécessiteraient une puissance de calcul et un temps considérables, comme la simulation de réactions chimiques complexes, la modélisation de biomolécules et la découverte de nouveaux médicaments. Cette technologie pionnière a le potentiel de transformer la façon dont nous abordons le changement climatique.
Comment l’informatique quantique intervient-elle dans la lutte contre le réchauffement climatique ?
L’informatique quantique est une technologie émergente qui aura une influence massive sur divers domaines, tels que la science des matériaux et le développement de médicaments. Cependant, l’effet le plus important de cette technologie se manifestera dans la lutte contre le réchauffement de la planète. De la séquestration du carbone à l’électrolyse de l’eau, en passant par l’invention de nouvelles batteries, l’informatique quantique a le potentiel d’exploiter la nature afin d’inverser le changement climatique.
L’application de l’informatique quantique pourrait entraîner des améliorations progressives dans l’ensemble de l’économie, qui auraient une influence considérable sur la réduction et l’élimination du carbone. Il s’agit notamment d’aider à résoudre les problèmes de durabilité actuels, comme :
- la diminution de la production de méthane dans l’agriculture,
- la fabrication de ciment sans émissions,
- l’amélioration des batteries électriques pour les véhicules à moteur,
- la conception d’une technologie solaire renouvelable nettement plus efficace,
- la découverte d’un moyen plus rapide de réduire le coût de l’hydrogène pour en faire un substitut viable aux combustibles fossiles,
- l’utilisation d’ammoniac vert comme carburant et engrais
- etc.
Dans l’ensemble, l’informatique quantique est un outil puissant dans la lutte contre le changement climatique, qui ne fera que gagner en valeur à mesure que la nécessité de réduire les émissions se fera plus pressante.
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L’informatique quantique pour remplacer les énergies fossiles
L’une des applications les plus prometteuses de l’informatique quantique est sa capacité à optimiser la conception des panneaux solaires.
L’informatique quantique peut faciliter la simulation de diverses combinaisons de structures pérovskites, incorporant différents atomes de base et dopages, favorisant ainsi le développement de solutions plus respectueuses de l’environnement. Les algorithmes quantiques peuvent rapidement tester des milliers de modèles et trouver les plus efficaces, afin de maximiser la production d’énergie de chaque panneau solaire.
En outre, l’informatique quantique peut être utilisée pour développer de meilleurs moyens de stockage de l’énergie, comme l’hydrogène ou l’ammoniac.
L’hydrogène est considéré comme un substitut plausible aux combustibles fossiles dans plusieurs domaines, notamment pour décarboniser l’aviation ou dans l’industrie; où l’électricité n’est pas suffisante ou réalisable, ou lorsque l’hydrogène est nécessaire comme ingrédient, par exemple pour créer de l’acier ou de l’éthylène.
L’ammoniac est un engrais très répandu, mais il pourrait aussi être un excellent carburant pour les navires, ce qui réduirait les émissions de carbone. En mettant en œuvre l’informatique quantique pour simuler la stabilisation des enzymes, en les protégeant de l’oxygène et en améliorant le taux de production de l’ammoniac fabriqué par la nitrogénase, on pourrait non seulement réduire les émissions de CO2, mais aussi avancer le seuil de rentabilité de l’ammoniac dans le transport maritime, qui devrait être une méthode de décarbonisation majeure.
Développer l’énergie électrique avec l’aide de l’informatique quantique
À mesure que le monde se détourne des combustibles fossiles, les batteries jouent un rôle majeur dans le passage à une économie plus écologique, et leur influence ne cessera de croître, fournissant de l’énergie aux voitures et servant de système de stockage pour les énergies renouvelables. Malheureusement, les batteries disponibles actuellement sont encore assez imparfaites, car elles ne sont pas suffisamment denses en énergie pour effectuer de longs trajets et sont trop coûteuses pour un stockage prolongé.
En utilisant l’informatique quantique pour optimiser la conception des batteries, les chercheurs peuvent simuler chaque partie de la chimie des batteries au niveau moléculaire. En modifiant des éléments tels que les matériaux des électrodes, les formulations des électrolytes, les liants et les séparateurs, des expériences virtuelles peuvent être menées pour créer des batteries à densité énergétique plus élevée, capables de stocker plus d’énergie pendant plus longtemps et pouvant être utilisées pour diverses applications, ce qui permettra de faire un bond en avant en matière de densité énergétique.
En outre, l’informatique quantique peut être utilisée pour optimiser la conception des électrodes, ce qui permet d’obtenir une meilleure conductivité électrique. Cela peut aider à créer des batteries ayant une capacité accrue et de meilleures performances.
Mieux capter le CO2 grâce à l’informatique quantique
Les chercheurs peuvent utiliser un ordinateur quantique pour mieux prévoir la concentration de CO2 dans l’atmosphère et l’ampleur de l’acidification des océans. Les climatologues peuvent également avoir recourt aux ordinateurs quantiques pour simuler le processus de changement climatique mondial et identifier les risques potentiels qui peuvent résulter du niveau actuel de CO2 dans l’atmosphère.
Grâce à la simulation des interactions atomiques au niveau quantique, les ordinateurs quantiques pourraient ouvrir la voie à la découverte d’un nouveau catalyseur pour le captage du carbone, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle ère d’épuration du carbone directement dans l’air. Ces nouveaux catalyseurs peuvent stocker le CO2 dans des dépôts souterrains et l’empêcher d’atteindre les océans. Le CO2 ainsi capturé pourrait ensuite être utilisé dans la production de métaux, de plastiques et de béton.
Tout comme de nombreuses entreprises cherchant à renforcer leurs recherches sur les technologies de captage du carbone, le groupe Total a signé un accord avec la start-up britannique Cambridge Quantum Computing. Le but de cette collaboration est d’expérimenter des matériaux poreux de taille nanométrique, appelés adsorbants, qui illustrent les solutions les plus prometteuses. Ces matériaux pourraient être utilisés à terme pour capter le CO2 généré par les activités industrielles (ciment, acier, etc.). Le CO2 saisi serait alors intensifié et réutilisé ou conservé à perpétuité.
L’informatique quantique pour améliorer les prévisions météorologiques
Grâce à l’informatique quantique, les chercheurs météorologues pourraient améliorer les prévisions climatiques. Les améliorations apportées aux prévisions météorologiques à court terme et aux prévisions climatiques à plus long terme pourraient être bénéfiques pour la résilience et la fiabilité des systèmes énergétiques.
Comme un événement météorologique peut avoir de nombreuses variations, les systèmes existants ne sont pas en mesure de traiter toutes les informations nécessaires à une prévision précise. En revanche, de la même manière que les ordinateurs quantiques peuvent simuler les interactions entre les particules d’une molécule pour déterminer son comportement, ils sont capables de calculer comment plusieurs facteurs environnementaux se combinent pour former une tempête majeure, un ouragan ou une vague de chaleur.
En outre, les prévisions météorologiques sont de plus en plus importantes pour la gestion des sources d’énergie éolienne et solaire variables, et des prévisions plus claires du climat pourraient permettre de mieux situer les infrastructures de production d’énergie à l’écart des zones susceptibles d’être touchées à l’avenir, par exemple par une augmentation des inondations ou des incendies de forêt. Cela permet de contribuer à la recherche liée à la transformation du climat.
Conclusion
Si l’informatique quantique est très prometteuse pour la lutte contre le changement climatique, elle a besoin d’une masse critique d’utilisateurs pour devenir une technologie courante. Pour atteindre cette masse critique, les chercheurs devront développer des outils et des langages de programmation quantique qui rendent l’informatique quantique accessible à un large éventail de chercheurs.
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