Мировое обозрение » Технологии »От солнечных батарей до термоядерных реакторов: как квантовые технологии меняют энергетику От солнечных батарей до термоядерных реакторов: как квантовые технологии меняют энергетику 0 Рядом с нами существует вселенная, в которой не действуют привычные законы физики. Когда-то она казалась непостижимой, а сегодня ее принципы лежат в основе многих прорывных разработок. Это квантовый мир — пространство научных открытий, ставших главной темой XX фестиваля «Наука 0+» в Москве. Рассказываем, как квантовые технологии меняют энергетику. Сложные расчеты и новые материалы Если классическая физика достаточно точно описывает большой мир — работу двигателя, движение автомобиля, падение подброшенного в воздух мяча, то квантовая изучает поведение частиц на субатомном уровне, где привычные нам законы перестают действовать. Наверное, самой известной технологией, основанной на этих принципах, стал квантовый компьютер. В обычных вычислительных системах все расчеты строятся на битах — простейших единицах измерения информации, которые равняются нулю или единице, а в квантовых все основано на кубитах, способных принимать оба эти значения одновременно. Это позволяет выполнять сложнейшие операции намного эффективнее. Обычные компьютеры пока что выигрывают на коротких дистанциях — они подходят для быстрого решения относительно несложных задач, в то время как квантовому в силу его устройства нужно время, чтобы проснуться и подумать. Но чем сложнее вычисления, тем заметнее преимущество квантовых технологий. Особенно это касается ситуаций, предполагающих перебор большого количества вариантов решения — десятков и сотен тысяч. Алексей Моисеевский Аспирант кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ, основатель компании S-Quantum Какое отношение это имеет к энергетике? Самое прямое! Представьте, что нужно продумать энергосистему города или региона. Понять, какие станции строить — ГРЭС, ТЭЦ или АЭС, где их разместить и как предусмотреть нагрузку на годы вперед, ведь количество жителей будет увеличиваться и энергии потребуется больше. Классическому суперкомпьютеру для этого понадобятся гигантские вычислительные мощности. Если в задачу добавится новая переменная — скажем, необходимо поставить в городе мощное промышленное предприятие, — расчеты придется проводить заново. Квантовый компьютер не только быстрее, но и экономнее: он не требует огромных и дорогих дата-центров, а результаты выдает с меньшей погрешностью. «Другой пример — задачи, связанные с подбором молекулярных и кристаллических структур, — продолжает Алексей Моисеевский. — Допустим, нам нужно создать совершенно новый материал для ядерной энергетики. Для этого нужно определить атомарную структуру материала: просчитать взаимодействие всех атомов во всех возможных комбинациях. У суперкомпьютера на такую работу уйдут месяцы, тогда как квантовый справится значительно быстрее». Квантовый компьютер — технология будущего, которая становится реальностью на наших глазах. Фото: IStock Впрочем, всех этих чудес придется подождать. Квантовые компьютерные технологии сегодня развиваются семимильными шагами, но пока их не удалось сделать достаточно мощными для таких масштабных и сложных вычислений. Однако примеры решения реальных задач уже есть: в конце сентября «Росатом» впервые применил такое устройство в проекте по созданию атомных реакторов нового поколения. Новая химия и молекулярные губки Если существует квантовая физика, значит, должна быть и квантовая химия! И она, конечно же, есть. В то время как классическая химия оперирует макроскопическими понятиями вещества или же молекулярной структурой соединений, квантовая химия дает возможность перейти к большей детализации — на уровне атомных ядер и электронов. Это позволяет намного точнее описывать взаимодействия и рационально настраивать химические процессы. Мария Хренова Доктор физико-математических наук, профессор РАН Благодаря такой сверхточности методами квантовой химии можно моделировать сложнейшие атомные системы, искать новые лекарства и промышленные соединения, визуализировать сложные процессы, происходящие в живых клетках. В энергетике будущего без них, конечно, тоже никуда. «В этом году Нобелевскую премию по химии присудили за создание металлорганических каркасов — это особые материалы, похожие на губку или решетку и состоящие из металлических узлов и органических молекул, которые их соединяют, — рассказывает Мария Хренова. — Благодаря ячеистой структуре и наличию пор они могут использоваться, например, для хранения и транспортировки водорода, улавливания углекислого газа, изготовления катализаторов для нефтехимии и много где еще». Source: https://tehnowar.ru/536071-Ot%C2%A0solnechnyh-batarey-do%C2%A0termoyadernyh-reaktorov-kak-kvantovye-tehnologii-menyayut-energetiku.html