[导读]量子计较正成为增加最快的手艺范畴之一，这要归功在只有量子力学才能描写息争释的根基标准现象，例如叠加、纠缠和干与。与传统数字计较机比拟，量子计较机的处置能力惊人，可以或许更高效地履行复杂的计较。数字计较机仿佛不合适解决数学、化学、气候预告、加密、收集平安、电网治理和运输物流中的某些复杂问题。 量子计较正成为增加最快的手艺范畴之一，这要归功在只有量子力学才能描写息争释的根基标准现象，例如叠加、纠缠和干与。与传统数字计较机比拟，量子计较机的处置能力惊人，可以或许更高效地履行复杂的计较。数字计较机仿佛不合适解决数学、化学、气候预告、加密、收集平安、电网治理和运输物流中的某些复杂问题。 甚么是量子算法? 经典的非量子算法是一种系统性方式，以有限的指令序列的情势解决给定问题，每条指令都由传统计较机的硬件履行。一样，量子算法依然是一个按部就班的进程，但这些步调是在量子计较机上履行的 。即便经典算法可以在量子计较机上履行，复制量子力学的根基道理和纠错与检测，量子算法也会利用量子计较的一些固有特征，例如 叠加 或纠缠。 电网治理的量子算法 一些研究人员已摸索了量子计较机在晋升电网机能方面的潜力。首要问题在在运行和保护现有电网很是昂贵且耗时。可再生能源的摆设也加重了电网治理问题，这将给配电线路带来额外压力。事实上，在经济增加、手艺前进和向非化石能源转型的鞭策下，世界电力需求将激增。从这个角度来看，估计全江南体育球电力需求将从 2017 年的 22,000 TWh 到达近 35,300 太瓦时 (TWh)。 很多电力公司的利润都很菲薄单薄，它们常常无力改换老化的装备，只能不竭地进行修补，这致使电网更轻易呈现停电。 为响应《巴黎天气协议》 ，世界列国已着手实行绿色能源政策，方针是到 2050 年实现 100% 可再生能源发电，实现净零排放。是以，散布式能源资本(包罗光伏和风电)将整合到电网中，这些资本从界说上来讲属在不肯定能源这可能会给系统运营商在调和和治理方面带来庞大挑战。电网已是一个年夜型配电系统，并且还会进一步成长，是以决议计划也会变得加倍复杂。还必需斟酌诸如收集进犯之类的事务，这些事务多是由好处相干者和实体之间互换的年夜量数据引发的。具有嘲讽意味的是，受量子算法开导的进犯可能会破解基在各类数学问题的电力系统数据通讯中的年夜大都加密算法。终究，操作如斯复杂的系统将需要新奇的建模策略和首创性的计较手艺来实现各类功能，例如节制、优化和猜测。 现今的计较机没法有用处置这些年夜问题。包罗 IBM、Google、D-Wave、英特尔、微软在内的知名公司和 IonQ 和 Rigetti 等各类草创公司都在竞相打造最年夜的量子计较机。 电力公司今朝利用量子计较的环境 电力公司正稳步向在各个范畴采取量子计较的标的目的迈进。意年夜利跨国能源公司 Enel 是全球能源、自然气和可再生能源市场的首要综合介入者，该公司与供给由人工智能驱动的高级数据阐发的企业Data Reply合作，基在二次无束缚二元优化 (QUBO) 模子解决组合优化问题。QUBO 为分派有限数目的人员进行年夜量干涉干与制订了最好打算。从计较的角度来看，优化该地域运营团队进行的保护工作打算意味着即时可用性和更高的资本操纵效力，从而光鲜明显下降本钱。 总部位在英国的E.ON一向与 IBM Quantum 合作，为其要害工作流程实行量子解决方案。据 E.ON 称，能源将不再片面从发电公司输送到用户，将来可能包罗较小的公司和家庭将能源输送到电网——例如，经由过程他们本身的光伏系统或电动汽车。量子计较可用在在将来更高效、更有用地节制这些进程。同时，电动汽车数目的增添致使充电进程加倍复杂，量子计较可以帮忙解决这一问题。 Phasecraft 案例 在提高电网效力的比赛中，英国领先的量子算法草创公司 Phasecraft 博得了英国当局价值 120 万英镑的合同，利用量子手艺优化能源电网，这是量子催化剂基金的一部门，也是唯一的六个进入下一阶段比赛的项目之一。在成功完成第一阶段后，该项目标第二阶段将由 Phasecraft 与能源平安部和 Net Zero 合作，优先斟酌并测验考试利用量子解决方案解决此类优化问题，特殊存眷运营本钱。扶植和保护电网毗连的本钱极为昂贵，每千米线路的本钱高达 150 万英镑。新合同是在这家草创公司成功的一年以后签定的，该公司在 8 月份筹集了 1300 万英镑的 A 轮融资，以实实际际的量子优势——即量子计较机在实际世界的利用上胜过传统计较机。 值得留意的是，量子催化剂基金旨在加快采取量子手艺来改变公共办事。正如英国科学、研究和立异部国务年夜臣安德鲁·格里菲斯所说：“这笔额外的 4500 万英镑资金凸显了我们致力在撑持那些正在冲破边界并捉住这项手艺潜力来改变我们公共办事的英国优异立异者的许诺。” Phasecraft 由量子科学家在 2019 年创建，旨在设计新奇的量子算法来解决现今不完美的量子计较机上的现实问题，旨在加快量子计较的普遍利用，从几十年到几年。它的算法基在理论物理学和计较机科学的新看法，Phasecraft 的初期重点是将这些算法改良利用在建模和摹拟问题，例如复杂能源网格的设计和利用。现在，Phasecraft 与领先的量子硬件公司(包罗 Google、IBM 和 Rigetti)和学术和行业带领者合作。 量子算法可以解决的现实问题 优化和负载均衡 量子算法可以有用解决复杂的优化问题。在优化问题中，我们追求浩繁可能组合中的最好组合。例如：“观光推销员应当遵守哪条最有用的线路来拜候分歧的城市?”物理学可以帮忙解决这类问题，由于它归结为能量最小化问题。物理学(包罗量子物理学)的根基法则是，一切都趋势在到达最小能量状况(任何物体城市滑下斜坡)。量子退火只是利用量子物理学来找到问题的低能量状况，从而找到元素的最好或接近最好的组合。对智能电网而言，这意味着更好的负载均衡、最年夜限度地削减能源损掉和优化配电。 能源猜测 量子算法经由过程加强猜测能源需乞降供给的进程，有助在实现电网不变和高效的资本设置装备摆设。量子机械进修模子可以处置年夜型数据集并提高猜测能源耗损模式的正确性。 电网弹性和平安性 量子暗码学供给积累的平安和谈。抗量子算法对庇护智能电网根本举措措施免受将来量子计较机的进犯相当主要。 电网摹拟和建模 量子摹拟器可以生成切确的电力流、故障阐发和不变性评估模子。这些摹拟使电网运营商可以或许测试场景、优化电网参数并加强整体靠得住性。 电网优化 量子算法可以解决与电网拓扑优化、不变目标的电容器放置和故障检测相干的年夜范围组合问题，并节流年夜量本钱。 能源市场优化 量子计较可使市场清理算法加倍壮大，确保高效的能源买卖和订价。借助量子算法，能源市场的及时优化变得可行。 量子计较机还没有解决的问题 虽然量子计较机已获得了必然的优势，但在超出传统计较机之前，仍有一些问题需要解决。量子随机存取存储器依然没法有用地将信息编码为量子态，也没法确保量子算法的准确履行速度。很多智能电网利用依靠在年夜量量子比特来运行量子算法，而节制这些量子比特多是一项很是艰难的工作，由于它们对四周情况(如温度和噪声)极其敏感;是以，必需供给非凡的姑且根本举措措施。另外，因为退相关的产生，连结年夜量量子比特纠缠多是一项要害豪举。 今朝的量子计较机其实不像传统计较机那样无毛病，这可能会在敏感的电力系统利用中带来额外的挑战。是以，设计人员有责任开辟一种通用的容错和纠错量子计较机，以最小的尽力实现肆意量子算法。

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