Gerenciar o transporte de produtos energéticos ao redor do mundo é um quebra-cabeça complexo que poderia se beneficiar de uma solução quântica.
De acordo com a ExxonMobil, uma parte significativa da população global enfrenta desafios diários para acessar energia, afetando a saúde pública e impedindo muitos de alcançar seu pleno potencial.Os desafios energéticos se tornarão ainda maiores à medida que a população global cresce, passando dos atuais 7,5 bilhões para uma estimativa de 9,2 bilhões até 2040.
Os líderes da ExxonMobil se referem a isso como o "desafio duplo" da sociedade, fornecer energia confiável e acessível a uma população em crescimento, ao mesmo tempo em que se reduzem os impactos ambientais e os riscos das mudanças climáticas.
"Uma maneira de lidar com esse desafio a curto prazo é o gás natural, que emite até 60% menos gases de efeito estufa do que o carvão. A mudança do carvão para o gás natural na geração de energia resultará em uma melhoria na qualidade do ar e uma redução na intensidade de carbono," declara o Dr. Vijay Swarup, Vice-Presidente de Pesquisa e Desenvolvimento da ExxonMobil."Mas o problema não é apenas uma produção – também é um problema de transporte."
Enviar GNL não é como enviar tênis. O GNL precisa ser enviado “na hora certa” à medida que é consumido, ou as pessoas ficam sem energia. O transporte eficiente é absolutamente essencial.
O número de combinações de decisões em uma rede global de frete LNG é de 2^1.000.000
O número de átomos que existem no universo é 2^270
Em 2021, mais de 500 navios de GNL foram usados para transportar suprimentos críticos de combustível pelos oceanos.Juntos, eles realizam milhares de viagens por ano até os portos de destino, onde o GNL é utilizado para fornecer infraestruturas críticas.
Encontrar rotas ótimas para uma frota de navios desse tipo pode ser um problema de otimização incrivelmente complexo que desafia a mente.Para transportar GNL de forma eficiente, a posição de cada navio deve ser considerada em cada dia do ano, juntamente com os requisitos de GNL de cada local de entrega.
No momento, esse tipo de problema não pode ser resolvido exatamente usando computação clássica. Mesmo em um problema simplificado envolvendo apenas algumas dezenas de navios, o número de combinações possíveis de diferentes decisões pode chegar a 21.000.000. Isso é maior do que o número total de átomos no universo.
Computadores clássicos podem resolver versões desse problema dividindo-o em blocos digeríveis e aplicando métodos matemáticos de última geração. Mesmo com essa abordagem, pode levar várias horas para produzir uma solução útil, sem falar em uma solução ideal.
Aumente a complexidade do problema para uma frota maior ou introduza incertezas como o clima ou flutuações na demanda, e um problema desse tamanho rapidamente se torna insolúvel, esbarrando nos limites inerentes aos sistemas de computação clássica mais avançados.
Os computadores quânticos adotam uma nova abordagem para lidar com esse tipo de complexidade, com o potencial de encontrar soluções que os supercomputadores clássicos por si só não conseguem gerenciar.Líderes do setor como a Exxon estão se envolvendo agora para explorar como misturar técnicas de computação clássica e quântica pode resolver grandes desafios globais complexos e urgentes.
Certas categorias de problemas de otimização são quase impossíveis de resolver de forma precisa no cenário atual, o que leva empresas e instituições a aceitarem um grau de incerteza e ineficiência em suas operações. Embora ainda esteja em seus primeiros estágios, a computação quântica oferece uma abordagem revolucionária que pode ajudar a mitigar esse desafio no futuro.
Equipes da IBM Research e da ExxonMobil Corporate Strategy Research colaboraram para modelar o roteamento de inventário marítimo em dispositivos quânticos, analisando os pontos fortes e as compensações de diferentes estratégias para roteamento de veículos e inventário, e estabelecendo as bases para construir soluções práticas para suas operações.
Conforme o hardware quântico da IBM se expande rapidamente, desde pequenos sistemas protótipos até dispositivos maiores mais promissores, os pesquisadores estão entusiasmados com a possibilidade de, um dia, lidar com problemas de roteamento anteriormente insolúveis.
"Ao colaborar com a IBM Quantum, nosso objetivo é, em última análise, elevar nossa capacidade de enfrentar otimizações mais complexas", afirma Swarup da ExxonMobil. “Para resolver problemas maiores e fazer diferenças maiores.”
Para a ExxonMobil, as possibilidades da computação quântica se estenderão muito além da coordenação de embarcações em alto mar. A computação quântica poderia oferecer novas capacidades para simular química, o que poderia resultar em avanços na sustentabilidade e eficiência energética.A computação quântica poderia apoiar descobertas necessárias para desenvolver a captura de carbono em grande escala, ou auxiliar na identificação de novos catalisadores e materiais ativos para processamento com baixo consumo de energia.
A ExxonMobil depende da IBM para projetar e aprimorar continuamente o hardware e o software quântico.E os pesquisadores da ExxonMobil colaboram com especialistas da IBM para desenvolver e testar novas gerações de algoritmos.
"Mesmo nesta fase inicial, estamos percebendo que a computação quântica inspira maneiras diferentes de pensar que são especialmente adequadas às suas capacidades específicas. Nós sabemos instintivamente que existem desafios globais enormes que enfrentaremos no futuro próximo.Quando a computação quântica crescer para se tornar totalmente disruptiva, estaremos prontos.”
Saiba mais sobre como a ExxonMobil e a IBM estão explorando algoritmos quânticos para resolver a formulação de roteamento.
A equipe quântica da ExxonMobil é composta por matemáticos aplicados, especialistas em otimização, químicos computacionais e outros cientistas que podem realizar a pesquisa fundamental necessária em novos algoritmos, mas têm uma visão direcionada para o que importa na energia. Essa perspectiva tem sido um benefício não apenas para a própria pesquisa da ExxonMobil's, mas para toda a comunidade IBM Quantum Network. Em pouco tempo, eles começaram a se envolver e colaborar com toda a rede, muitas vezes fazendo perguntas ponderadas a outros membros da comunidade.
Assim como a ExxonMobil, a maioria dos membros da Rede IBM Quantum está lidando com desafios do mundo real que eles tentam resolver há anos.Agora eles estão ficando à frente do jogo: desenvolver ferramentas quânticas atualmente, prontos para entrar em ação assim que a coleção em expansão de hardware de computação IBM Quantum alcançar a escala e capacidade necessárias, conforme delineado em seu roteiro de desenvolvimento
A ExxonMobil, um dos maiores fornecedores de energia e fabricantes de produtos químicos de capital aberto do mundo, desenvolve e aplica tecnologias de última geração para ajudar a atender com segurança e responsabilidade às crescentes necessidades mundiais de energia e produtos químicos de alta qualidade.
Sobre a IBM Quantum Network
A IBM Quantum Network é uma comunidade de empresas da Fortune 500, instituições acadêmicas, startups e laboratórios nacionais de pesquisa que trabalham com a IBM para promover a computação quântica.
Está pronto?
Nos próximos 10 anos, a computação quântica transformará os negócios e a sociedade. Organizações que não atuam agora serão deixadas para trás.
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Produzido nos Estados Unidos da América, março de 2020.
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