各國政府和科技公司一直在量子計算方面進行大量投資，希望它能徹底改變密碼學，機器學習，化學，通信和其他領(lǐng)域，但令大家驚訝的是，廣為人知的量子計算技術(shù)也可能對電力行業(yè)產(chǎn)生巨大影響，從而帶來更清潔的燃料，更低的排放量和更高效的電力系統(tǒng)。
11月，筆者與Microsoft Quantum總經(jīng)理Krysta M.Svore進行了交談，以了解有關(guān)量子計算對能源行業(yè)的影響的更多信息，斯沃爾(Svore)于八月被任命為美國能源部國家量子計劃咨詢委員會(National Quantum Initiative Advisory Committee)的成員，該委員會為總統(tǒng)和能源部長提供建議。
與其他公司一樣，Microsoft正在努力擴展其量子硬件，以使新型計算機具有比傳統(tǒng)計算機更多更大的功能范圍并大大提高計算速度，Svore表示，該公司正在與世界各地的其他公司合作，，從應(yīng)用程序，軟件到控制和設(shè)備，建立一個完整的“堆?！?。一些研究人員正在努力研究目前在常規(guī)計算機上運行的量子啟發(fā)式代碼是否可以使能源行業(yè)受益。
微軟最近宣布向公眾開放公共生態(tài)系統(tǒng)Azure Quantum，在Svore的博客文章中，Microsoft Quantum邀請了應(yīng)用程序開發(fā)人員和研究人員開始使用該平臺，這一步驟有望加速許多量子應(yīng)用程序。
Svore說：“進入量子信息科學領(lǐng)域是一個令人興奮的時刻”，“量子計算正在重新定義技術(shù)的可能性—創(chuàng)造了前所未有的可能性來解決人類最復(fù)雜的挑戰(zhàn)?！?/span>
巨大的優(yōu)勢
新型計算機有望在模擬量子系統(tǒng)(例如分子)方面表現(xiàn)出色，這將對能源部門產(chǎn)生重大影響。Svore說：“我們看到了量子系統(tǒng)在清潔燃料，減少排放和提高能源效率方面的巨大潛力?！?/span>
量子計算機將遠遠超過當今超級計算機的能力來幫助化學和材料開發(fā)；仿真功能可以幫助研究人員制造具有更大存儲容量的電池；高溫超導(dǎo)體，可用于優(yōu)化可替代燃料的新型催化劑；量子計算可用于氣候建模，例如，尋找有助于設(shè)計新的風能源的潛在風流位置，這將需要收集歷史數(shù)據(jù)并將其實施到某些模型中。
量子計算應(yīng)用程序是此類過程的理想選擇，并可以使用真實數(shù)據(jù)提供高分辨率和校準結(jié)果。而且，此類應(yīng)用程序可以將數(shù)據(jù)上傳到地理信息系統(tǒng)中，以獲得最佳的風力渦輪機位置。
在當今的智能電網(wǎng)中可能會看到更大，更直接的影響，使用當今的計算機在大型電網(wǎng)的發(fā)電和輸電系統(tǒng)中高效地優(yōu)化最佳的可用電源是昂貴的，幾乎是不可能的。當今的電網(wǎng)運營商正在努力尋找處理可再生能源涌入的最佳方法。當前，公用事業(yè)解決方案不是最佳的。
結(jié)合了多種可再生能源的混合動力系統(tǒng)尤其難以優(yōu)化。例如，既包含風能又包含太陽能的電網(wǎng)，其優(yōu)點是，只要太陽照耀，風吹來，就可以提供便宜的能源。但是為了滿足客戶在夜間或平日中的能源需求，電網(wǎng)需要從儲能系統(tǒng)中釋放電能或從其他資源中增加能源生產(chǎn)?？梢愿櫺枨螅A(yù)測消耗高峰，協(xié)調(diào)能量存儲和管理資源的自動化智能系統(tǒng)可以極大地提高效率，從而為獲得更便宜，更可靠的電源鋪平道路。
與當今最先進的超級計算機不同，量子計算機有望實現(xiàn)實時優(yōu)化，斯托夫說，微軟研究人員已經(jīng)通過創(chuàng)建量子啟發(fā)式代碼來解決電網(wǎng)應(yīng)用，這樣的代碼被映射到常規(guī)計算硬件。
2018年6月，研究人員宣布他們已設(shè)計出一種量子啟發(fā)式算法來實現(xiàn)機組組合，這是一個優(yōu)化問題，旨在根據(jù)預(yù)測的負載以及發(fā)電效率和容量限制來確定要運行的最佳發(fā)電資源。機組組合仍然是電力系統(tǒng)管理中最重要的問題之一。
微軟團隊展示了其算法，該算法優(yōu)于更強大的經(jīng)典求解器。當大規(guī)模量子計算機變得可用并且算法在它們上面運行時，將會有更大的優(yōu)勢。
未來的挑戰(zhàn)
量子計算仍然有許多障礙需要克服。
Svore說，如今，通過微軟的硬件合作伙伴，可以在量子硬件上運行量子啟發(fā)式解決方案。例如，霍尼韋爾量子解決方案可以訪問其離子量子系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用中間電路測量量子重用，使開發(fā)人員能夠以有效的方式編寫算法。
初創(chuàng)公司IonQ正在開發(fā)一種離子量子計算機和軟件，以生成，優(yōu)化和執(zhí)行量子電路。通過Azure Quantum進行基于云的訪問，IonQ系統(tǒng)可用于加速研究解決化學，醫(yī)藥，金融和物流方面的問題。
Svore說，受量子啟發(fā)的優(yōu)化解決方案可用于提高經(jīng)典計算機上運行的算法的速度和準確性。加拿大公司1QBit開發(fā)了與硬件無關(guān)的軟件，該軟件使應(yīng)用程序能夠不斷受益于量子和經(jīng)典硬件的發(fā)展，特別是在材料科學領(lǐng)域。
微軟的戴維·賴利(David Reilly)領(lǐng)導(dǎo)著一個研究小組，其中包括悉尼大學的一些研究小組，他們已經(jīng)開發(fā)出一種解決量子計算機硬件方面的新穎方法，他們發(fā)明了控制芯片Gooseberry，該團隊還開發(fā)了一種通用的低溫計算核心，該核心可以在比星際空間稍高的溫度下工作，這可以通過浸入液態(tài)氦中來實現(xiàn)，Svore說，新穎的經(jīng)典計算技術(shù)解決了與控制數(shù)千個量子位相關(guān)的I/O噩夢。
量子飛躍
量子計算應(yīng)用程序有望極大地影響電力系統(tǒng)計算。什么時候會發(fā)生？這取決于研究的進展，最終有望使電力系統(tǒng)以完全不同的方式運行和運行。我們發(fā)電的方式將更便宜，更清潔。而且，我們分配電力的方式將更快，更容易。
如果我們希望在未來20年內(nèi)看到光明的未來并大規(guī)模應(yīng)用量子計算機，那么像Microsoft所做的那樣，繼續(xù)在該領(lǐng)域進行大量投資對于未來的人們可以使用該技術(shù)非常重要
