Eurovues.  Les ordinateurs quantiques peuvent-ils vraiment accélérer le chemin vers le zéro net ?

Milos Schmidt

Eurovues. Les ordinateurs quantiques peuvent-ils vraiment accélérer le chemin vers le zéro net ?

À elle seule, l’informatique quantique ne peut pas atteindre le zéro net ni « résoudre » le changement climatique. Mais si nous travaillons ensemble, nous pouvons utiliser cette technologie pour permettre des innovations vertes révolutionnaires, écrit Ashley Montanaro.

Lors de la COP28 à Dubaï, les dirigeants du monde se réunissent pour aborder la crise climatique, notamment pour déterminer dans quelle mesure la technologie et l’innovation joueront un rôle.

Si nous voulons atteindre l’ambition de zéro émission nette d’ici 2050, nous devons alors mettre en œuvre toutes les innovations et solutions politiques possibles.

L’ampleur de ce défi systémique signifie qu’il ne peut être résolu par une seule innovation. Dans ce contexte, il est naturel d’être très sceptique à l’égard de toute solution technologique miracle prétendant pouvoir « résoudre » le changement climatique.

Il est particulièrement naturel d’être sceptique à l’égard d’une technologie à la mode comme l’informatique quantique, certains affirmant qu’elle pourrait un jour « s’attaquer à la crise climatique », « résoudre la faim dans le monde » ou peut-être même « sauver la planète ».

Mais en tant que technologie au potentiel énorme, elle permet de comprendre exactement si, quand et dans quelle mesure elle pourra contribuer à résoudre la crise climatique.

L’une des applications les plus importantes à court terme des ordinateurs quantiques sera la modélisation de systèmes physiques dans lesquels la mécanique quantique joue un rôle clé.

Il s’agit d’une tâche incroyablement difficile pour les ordinateurs standards, mais elle convient parfaitement aux ordinateurs quantiques. Et il s’avère que plusieurs technologies clés en matière d’énergie propre, notamment les cellules solaires et les catalyseurs, ont en leur cœur des effets de mécanique quantique.

Canaliser le potentiel du quantique pour les énergies renouvelables

Prenons le cas du stockage par batteries pour les énergies renouvelables, un outil crucial dans l’arsenal de lutte contre le changement climatique.

Après des années de baisses de prix remarquables, les énergies éolienne et solaire sont désormais moins chères que les combustibles fossiles et sont considérées comme essentielles pour atteindre le zéro émission nette.

Mais ces deux sources d’énergie sont intermittentes. Pour permettre la gestion de la capacité lors des pics et des creux de la demande et pour gérer les nuits et les jours sans vent, il est nécessaire de stocker l’énergie. Rien qu’au Royaume-Uni, le National Grid estime que plus de 50 GW de capacité seront nécessaires d’ici 2050 pour atteindre le zéro net.

Un ouvrier se promène sur le chantier de construction d'un réacteur nucléaire à la centrale nucléaire de Hinkley point C dans le Somerset, octobre 2022
Un ouvrier se promène sur le chantier de construction d’un réacteur nucléaire à la centrale nucléaire de Hinkley point C dans le Somerset, octobre 2022

Pour les besoins à court terme, le stockage sur batterie lithium-ion constitue la technologie de pointe. Cependant, le coût du stockage par batterie peut être plus de trois fois supérieur à celui de l’énergie éolienne ou solaire terrestre, ce qui rend ces technologies non compétitives par rapport aux combustibles fossiles.

Cependant, à l’échelle d’une journée, il n’existe pas encore de technologie de batterie commercialement prouvée à grande échelle.

Le développement de meilleures batteries pourrait changer radicalement notre capacité à dépendre de l’énergie solaire et éolienne.

De meilleures batteries, une énergie plus propre

Concevoir de nouvelles batteries avec une meilleure densité énergétique est une ambition clé, mais elle a été freinée par la nécessité de mener des expériences approfondies en laboratoire pour tester les matériaux candidats.

Il existe une gamme ahurissante de matériaux de batterie possibles, mais il faudrait beaucoup trop de temps pour tous les tester en laboratoire, et les méthodes informatiques existantes pour les modéliser sont parfois trop imprécises pour être utiles.

Les ordinateurs quantiques offriront la possibilité de calculer avec précision les densités d’énergie des matériaux des batteries, virtuellement plutôt qu’en laboratoire.

Cela permettra à son tour de sélectionner des centaines de nouveaux matériaux de batterie afin de sélectionner les plus prometteurs pour les tests finaux en laboratoire.

L’informatique quantique pourrait également contribuer au développement d’autres technologies propres, telles que le photovoltaïque pour la production d’électricité et les supraconducteurs pour le stockage ou la transmission de l’électricité.

Des ouvriers transfèrent des batteries lithium-ion dans une usine de Taizhou, dans la province du Jiangsu (est de la Chine), juillet 2018.
Des ouvriers transfèrent des batteries lithium-ion dans une usine de Taizhou, dans la province du Jiangsu (est de la Chine), juillet 2018.

Il ne s’agit pas simplement d’un vœu pieux : nous savons comment concevoir des algorithmes quantiques pour calculer les propriétés clés des matériaux des batteries. Il ne reste plus qu’à apporter les améliorations de performances nécessaires au matériel et aux logiciels afin que ces algorithmes puissent être exécutés sur des problèmes significatifs.

De meilleures batteries pourraient également avoir un impact significatif sur l’énergie propre, au-delà du seul stockage. Par exemple, ils pourraient permettre des voitures électriques à plus grande autonomie ou même des vols alimentés par batterie.

L’informatique quantique pourrait également contribuer au développement d’autres technologies propres, telles que le photovoltaïque pour la production d’électricité et les supraconducteurs pour le stockage ou le transport d’électricité.

Viser 2030 pour contribuer à atteindre zéro émission nette d’ici 2050

Atteindre zéro émission nette d’ici 2050 plutôt qu’en 2070 pourrait faire la différence entre atteindre 1,5 degré plutôt que 2 degrés de réchauffement – ​​suffisamment pour sauver des dizaines de milliers de vies chaque année.

Cela peut prendre 10 à 20 ans pour qu’une nouvelle technologie de batterie passe du prototype à la commercialisation complète.

Ainsi, pour que l’informatique quantique ait un impact significatif sur l’atteinte de la carboneutralité d’ici 2050, nous devrons voir les premiers matériaux de batterie découverts par l’informatique quantique d’ici 2030 environ.

L’informatique quantique pourrait être une pièce importante du puzzle du zéro émission nette. Sur ce point au moins, nous espérons que les délégués de la COP28 pourront se mettre d’accord.

Des gens conduisent un scooter électrique lors du Sommet des Nations Unies sur le climat COP28, décembre 2023
Des gens conduisent un scooter électrique lors du Sommet des Nations Unies sur le climat COP28, décembre 2023

Ce délai est réalisable si nous nous efforçons de résoudre des problèmes importants tels que la modélisation des matériaux de batterie sur les ordinateurs quantiques d’un futur proche.

Chez Phasecraft, nous avons démontré des réductions du coût des algorithmes quantiques pour la modélisation des matériaux par des facteurs de plus d’un million.

Nous pensons que d’autres réductions de ce type sont possibles et que la modélisation des matériaux des batteries, ainsi que d’autres systèmes physiques importants, à l’aide d’ordinateurs quantiques à court terme, est en vue.

Une pièce importante du puzzle net zéro

À elle seule, l’informatique quantique ne peut pas atteindre le zéro net ni « résoudre » le changement climatique – cela nécessitera une coopération internationale soutenue, entre les dirigeants mondiaux et la communauté quantique, ainsi que la mise en œuvre immédiate de réductions significatives des émissions.

Mais si nous travaillons ensemble, nous pouvons utiliser cette technologie pour permettre des innovations vertes révolutionnaires.

Compte tenu de l’urgence de ce problème, le développement du matériel et des logiciels quantiques doit se poursuivre à un rythme soutenu : il serait trop tard pour attendre une technologie pleinement mature pour avoir un impact.

L’informatique quantique pourrait être une pièce importante du puzzle du zéro émission nette. Sur ce point au moins, nous espérons que les délégués de la COP28 pourront se mettre d’accord.

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