解决最持久的问题：量子计算如何改变环境

现有的“经典”计算虽然非常强大，但也有一定的自然局限性。执行计算的速度有多快，或者它们试图解决的数学问题的复杂程度有多少限制。

量子计算利用量子物理效应的一些方面，生产出超越0和1的处理器，从根本上提高了它们可以执行的计算的能力、速度和复杂性。

随着量子计算机从“有趣的理论”迅速成熟为“实际技术”，现在是研究它们如何改变整个建筑环境中工程师和设计师面临的长期问题的好时机。

现有的“经典”计算虽然非常强大，但也有一定的自然局限性。执行计算的速度有多快，或者它们试图解决的数学问题的复杂程度有多少限制。

新型低碳材料

量子计算机与当前数字革命中典型的半导体技术相去甚远，最好将其理解为利基但功能强大的工具，可能在研究环境中最有价值。一个这样的背景是材料科学，对于建筑环境从业者来说，这是一个越来越重要的领域，因为该行业渴望找到可持续的替代方案，以取代目前在我们的建筑和资产中使用的高碳密集型实践和资源。寻找新的、高性能的、低发射的材料涉及一些极其困难的数学和大量的测试——这是量子计算变得非常有价值的领域。

材料优化对于传统的、经典的计算机来说是非常具有挑战性的，因为涉及到大量的变量。研究人员正在寻找量子计算来帮助选择更轻、更强、更好的绝缘材料，这些材料需要更少的碳，从而有助于减少排放。

还有其他紧迫的问题。如果我们能让混凝土更可持续呢?世界每年生产超过200亿吨混凝土，占全球碳排放量的5%。虽然我们已经有了新型聚合物混凝土的例子，其性能优于传统混凝土，但它们的生产成本对于大规模应用来说是令人望而却步的。纠错量子计算机扩展的模拟能力可以帮助我们深入了解成本更低的生产过程，从而更广泛地采用可持续的混凝土替代品。

设计探索和优化的新水平

设计优化是设计师和工程师的另一个计算密集型领域——无论你是试图提高飞机的效率，还是确定太阳能发电场的完美位置——这些都是传统计算机难以解决的问题。当前的软件和硬件限制意味着这成为一个时间和资源昂贵的过程，有时会导致次优设计和昂贵的反复试验和错误过程。

强度设计和结构分析是任何结构设计的核心，从桥梁到建筑物。结构行为通常使用微分方程进行建模，然后用数值方法求解，并模拟大量的荷载情景，例如地震或风荷载。由于加载场景、几何形状和配置组合的大量选择，寻求真正的最佳设计是一个高度组合、迭代和计算密集型的问题，这在经典计算机上是非常昂贵的，但可以通过量子计算机显着加速。

量子计算利用量子物理效应的一些方面，生产出超越0和1的处理器，从根本上提高了它们可以执行的计算的能力、速度和复杂性。

随着量子计算机从“有趣的理论”迅速成熟为“实际技术”，现在是研究它们如何改变整个建筑环境中工程师和设计师面临的长期问题的好时机。

支持能源脱碳的计算

如果我们要实现净零目标，就必须加速向可再生能源的过渡。目前，新能源基础设施的优化发展受到国家和全球范围内高计算成本的阻碍。量子计算可以大大提高成本效益。康奈尔大学的研究人员已经将QC应用于寻找太阳能或风力发电场的最佳位置，在给定的能源需求和资源可用性下，将设施开放和运输成本降至最低。在他们的研究中，一台传统计算机花了11个多小时对14个设施进行评估，而D-Wave公司的一台早期量子计算机只用了16分钟就完成了同样的任务。

在能源网络运行的另一部分，量子计算可以大大提高我们管理可再生能源所依赖的智能电网运行的能力。预测需求和确保网络稳定性日益成为网络运营商的首要任务。量子计算机不仅可以预测米级的需求，还可以预测和管理设备级的需求。考虑到由于可再生能源和新需求载体（如电动汽车的增长）的更广泛混合而导致电网出现波动，这一点尤其重要。

令人兴奋的是，能源行业已经在量子计算方面进行了深入投资，以应对该行业面临的网络级运营挑战。其他公用事业，如水，可能是下一个探索该技术潜力的地方。

虽然为时尚早，但未来一片光明

正如我们关于量子计算的新报告所表明的那样，尽管已经取得了很大成就，但在该领域成为主流之前还有很长的路要走。有一件事是明确的——这项技术有潜力消除我们习惯性进行的建模和探索的限制，将使创造力、严谨性和洞察力达到令人难以置信的新水平。对于建筑环境部门来说，这将是一个实现更大、更雄心勃勃的目标的机会。

本文转载自 雪兽软件

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