Một trong những xu hướng kỹ thuật hạng nặng lớn nhất cho năm 2023 là mối quan tâm ngày càng tăng trong việc khai thác công nghệ lượng tử.
Vẫn còn sớm, nhưng các công ty công nghệ lớn cũng như các công ty khởi nghiệp đang chạy đua để tạo ra thế hệ công nghệ lượng tử tiếp theo — chẳng hạn như máy tính lượng tử — khi mối quan tâm ngày càng tăng trong việc sử dụng tiềm năng của vạn vật lượng tử để giúp ngành công nghiệp nặng giảm lượng khí thải và tăng hiệu quả.
Công nghệ lượng tử có khả năng biến đổi nhiều ngành công nghiệp theo nhiều cách, từ việc giúp phát triển các vật liệu chất lượng cao mới cho chất xúc tác hoặc lưu trữ năng lượng, cho đến hỗ trợ các hệ thống định vị không cần vệ tinh hoặc thậm chí khám phá ra các loại nhiên liệu không có carbon mới.
Công nghệ lượng tử là gì?
Các công nghệ lượng tử đề cập đến một loạt các ứng dụng, bao gồm cảm biến lượng tử, điện toán lượng tử và bảo mật lượng tử. Chúng sử dụng các nguyên tắc của cơ học lượng tử - một lý thuyết mô tả chuyển động của các hạt.
Cảm biến lượng tử, sử dụng các công nghệ lượng tử để cảm biến và đo lường có độ chính xác cao bằng cách khai thác hai khái niệm cơ bản trong cơ học lượng tử — chồng chất và vướng víu — được dự đoán là một thị trường trị giá hơn 500 triệu đô la vào năm 2027 .
Máy tính lượng tử vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm, nhưng chúng đã vượt trội ở ba nhiệm vụ chính. Thứ nhất, chúng có thể thực hiện một số tính toán tối ưu hóa nhanh hơn nhiều so với máy tính thông thường, điều này có thể dẫn đến những cải tiến đáng kể trong các lĩnh vực như hậu cần, tài chính và vận tải .
Họ cũng có thể mô phỏng các hệ thống thực bằng cách sử dụng các định luật vật lý lượng tử, giúp thúc đẩy công việc với hợp kim, chất xúc tác và vật liệu lưu trữ năng lượng .
Thứ ba, máy tính lượng tử có thể cải thiện các thuật toán học máy, cho phép dự đoán chính xác hơn và xử lý nhanh hơn các tập dữ liệu lớn, đây là một lợi ích tiềm năng cho hầu hết mọi ngành trong kỷ nguyên kỹ thuật số.
Công nghệ lượng tử có thể tìm ra cách để ngành công nghiệp nặng tăng hiệu quả và cắt giảm khí thải
Công nghệ lượng tử sẽ tác động đến ngành công nghiệp như thế nào?
Công nghệ lượng tử mở ra một thế giới khả năng cho ngành công nghiệp. Đặc biệt, máy tính lượng tử có thể có ý nghĩa thay đổi cuộc chơi trên nhiều lĩnh vực
Điện toán lượng tử có thể giúp hoàn thiện chuỗi cung ứng và quy trình sản xuất trong ngành công nghiệp nặng, cải thiện bố cục và lịch trình của nhà máy, giảm lãng phí và tiêu thụ năng lượng, đồng thời giúp hậu cần và vận chuyển hiệu quả hơn.
Trong khi chúng tôi chờ đợi máy tính lượng tử, các trường hợp sử dụng tiềm năng đang tăng lên, khi các doanh nghiệp tìm cách hiểu cách họ có thể khai thác tiềm năng giải quyết vấn đề .
Các công nghệ lượng tử sẽ giải phóng sự đổi mới trong hầu hết các lĩnh vực, nhưng chúng được đặc biệt quan tâm trong hai lĩnh vực: phát triển vật liệu, thăm dò tài nguyên thiên nhiên và an ninh.
Phát triển vật liệu và thăm dò tài nguyên thiên nhiên
Máy tính lượng tử có thể mô phỏng và tối ưu hóa các đặc tính của vật liệu mới với tốc độ và mức độ phức tạp vượt xa máy tính truyền thống.
Trong tương lai, các ngành như ngành xi măng có thể có cơ hội chuyển đổi nguyên liệu thô sang các giải pháp thay thế có thể được phát hiện và thử nghiệm nhanh hơn nhiều so với trước đây.
Cơ quan Năng lượng Quốc tế cho biết thành phần chính trong xi măng, được gọi là clinker, là nguyên nhân chính khiến lượng khí thải CO 2 của ngành này gia tăng trong những năm gần đây. Tìm kiếm một giải pháp thay thế clinker sẽ là một bước quan trọng trong hành trình khử cacbon của xi măng.
Điện toán lượng tử thậm chí có thể dẫn đến việc phát minh ra các giải pháp mới giúp khử cacbon trong nhiều ngành công nghiệp hơn: cải thiện pin điện cho phương tiện, phát triển pin mặt trời tái tạo tốt hơn, tìm ra cách nhanh hơn để giảm chi phí sản xuất hydro.
Các giải pháp thay thế phát thải thấp hơn cho clanhke liên kết xi măng có thể được phát hiện bằng công nghệ lượng tử
Việc thăm dò và khai thác tài nguyên thiên nhiên cũng có thể được chuyển đổi. Khả năng cao hơn trong tính toán tối ưu hóa của máy tính lượng tử có nghĩa là chúng có thể giúp tìm kiếm các nguồn năng lượng mới bằng cách hoàn thiện các quy trình thăm dò và khai thác hoặc hoạt động để cải thiện việc sản xuất và phân phối các nguồn năng lượng, xác định lại hiệu quả của chuỗi cung ứng.
Câu hỏi hóc búa về bảo mật
Tuy nhiên, cũng có một nhược điểm đối với công nghệ mới thú vị này. Khả năng phân tích số lượng lớn của máy tính lượng tử có nghĩa là chúng có khả năng phá vỡ mật mã hiện tại và được sử dụng để phá mã, giám sát hoặc các mục đích xấu khác, đặt ra những thách thức mới cho an ninh mạng và quốc phòng.
Tuy nhiên, chúng đồng thời là giải pháp cho nhiều vấn đề tiềm ẩn này. Bảo mật lượng tử — tận dụng các thuộc tính của cơ học lượng tử để tăng cường bảo mật dữ liệu và liên lạc — có thể bảo vệ chống lại các mối đe dọa tiềm ẩn này.
Khả năng phân tích số lượng lớn của máy tính lượng tử là một điểm tập trung gần đây của Hoa Kỳ và hướng dẫn của nước này đối với chính phủ liên bang trong việc áp dụng công nghệ bảo vệ nó khỏi sự giải mã lượng tử .
Bất kỳ dữ liệu nhạy cảm nào — có thể là hồ sơ y tế, chi tiết ngân hàng hoặc hồ sơ tài chính — đều có nguy cơ bị xâm phạm an ninh, vì nhiều phương pháp mã hóa dựa trên độ khó giải các bài toán mà máy tính lượng tử có thể bẻ khóa rất nhanh.
Tuy nhiên, bảo mật lượng tử có thể cung cấp khả năng bảo vệ khỏi quá trình giải mã, với mật mã kháng lượng tử cho phép phát triển các giao thức bảo mật mới tận dụng các thuộc tính lượng tử, chẳng hạn như phân phối khóa lượng tử, để liên lạc an toàn hơn.
Công nghệ lượng tử có thể giúp phát triển các hệ thống định vị thay thế không dựa vào vệ tinh
Điều gì tiếp theo cho lượng tử và công nghiệp?
Công nghệ lượng tử đang đến và các bước chuẩn bị đã được tiến hành. EU có một sáng kiến để có thể triển khai cơ sở hạ tầng truyền thông lượng tử trên toàn EU khi nền tảng cho các mạng lượng tử toàn cầu xuất hiện, dẫn đến sự kết nối của các công nghệ lượng tử trên toàn thế giới.
Với khả năng của mình, các công nghệ lượng tử mang lại tiềm năng phi thường, nhưng các nhà phát triển mới chỉ làm xước bề mặt. Bây giờ đến lượt khu vực tư nhân đổi mới.
Như với bất kỳ công nghệ mới nào, vẫn còn nhiều câu hỏi cần được trả lời và những thách thức cần vượt qua . Nhưng với việc tiếp tục nghiên cứu và đầu tư, mối quan hệ đối tác trong tương lai của công nghệ lượng tử và ngành công nghiệp có vẻ tươi sáng.
Khám phá thêm về
