E.ON 使用量子计算来帮助应对复杂性

E.ON 的职责是保障电力供应。作为欧洲最大的能源公司之一，它运营着 160 万公里的能源网络，并为 17 个欧洲国家或地区的 4,700 万客户提供电力和天然气。E.ON 可为家庭、医院、工厂、交通以及对 21 世纪生活至关重要的其他关键基础设施提供电力。同时，此工作只会变得日益复杂。

随着 E.ON 支持欧洲向可再生能源过渡，对电网的要求变得越来越复杂。旧的能源分配方式是可预测的。如果是大型发电厂且有稳定的燃料供应，则不难知道明天或一年后发一兆瓦电需要多少成本。在热浪或寒流期间，随着需求的变化，增减产量都相对简单。

现在，能源则来自更小、更灵活的来源，其中包括太阳能和风能。与此同时，电动汽车和家庭智能系统正在大幅改变消费模式，且有越来越多的行业正逐步实现电气化，如出行和供暖。负责全年 24x7 全天候供电的 E.ON 公司必须提前做好充分准备，以应对供需双方复杂的动态变化。该公司正在深入了解量子计算（一种用于克服复杂性的工具），以作为此问题的解决方案。

“我们正在变成一家数字化公司”，E.ON 能源情报部门的数据与 AI 主管 Giorgio Cortiana 博士表示。“数据技术将有助于我们应对这些系统的复杂性。”

此工作的关键环节之一在于定价问题。

“我们需要在客户提出需求之前采购能源”，E.ON 能源市场部门的定量风险专家 Piergiacomo Sabino 博士说道。

E.ON 的合同要求该公司以固定价格向客户提供能源，且即便消耗率和交付成本有所起伏也需如此。提前购买的能源量与实际需求之间往往会存在一些不匹配。因此，市场上的不同参与者会相互投保，以承担这些风险（买卖能源衍生品及维持能源供应）。

在 E.ON 的交易大厅，Sabino 博士等专家致力于为这些衍生品高效定价。他们使用蒙特卡洛模拟来完成此任务—这是一种利用当今计算技术来预测不确定事件的结果的方法。这些方法会考虑天气、使用模式和其他因素所造成的波动。但是，即便是全球最大的超级计算机也会遇到此类问题。

“这就要求我们具有远见卓识，并提前数年做好准备”，Cortiana 博士表示。“气候变化和黑天鹅事件必须纳入我们的模型的考量中。而最终目标则是为我们的客户提供可负担的能源。”

在最近一次导致欧洲价格剧烈飙升的能源危机中，E.ON 得以保护客户并控制价格上涨。如果 E.ON 未能正确处置该危机，客户则可能会没有能源可用。

当某一问题变得越复杂（具体来说，则是它涉及的变量越多），处理二进制 1 和 0 的计算机就越难处理。气候风险、供应变化和动态消费模式都是相互作用的变量。因此，即使是在最强大的超级计算机上所采用的最优秀的经典方法也会遭遇硬限制。

而这便是 E.ON 与 IBM 联手深入探索量子计算的原因所在。

量子计算机为解决复杂问题提供了一种全新的方法。在传统超级计算机上可能需要数千年才能解决的某些问题，使用量子计算算法可能更易找到直接的解决方案。

“我们之所以决定与 IBM Quantum 合作，是因为我们希望接触到该领域的专家”，Cortiana 博士说道。“我们不仅获得了该硬件的使用权，还接触到了专家，并提升了我们团队的技能水平。”

今天，量子计算机仍处于发展阶段。然而，这一进程却进展神速。2023 年，IBM 表明其量子硬件和软件可共同在用于运行量子算法的“蛮力”经典方法之外进行可靠的量子计算。此进步意味着我们已进入“量子公用化”时代，而量子计算机则是其中用于从量子电路中获得精确答案的最佳工具。

下一步则是确立“量子优势”，即能表明量子计算机优于任何经典方法的实例。对于 E.ON 一类的组织来说，确立量子优势有可能为其客户带来全新的效率和竞争优势，并最终让其享受到更佳的能源价格。

通过合作，E.ON 和 IBM Quantum 团队开辟了一条实现能源定价的量子优势的路径。负责业务方面的 Sabino 博士为满足该项目的要求提供了助力。其目标不仅仅是一个实验项目，而是最终有望能为未来可纠错的量子计算机带来实际的商业优势。IBM 预计将在 2029 年推出可纠错的量子计算机。

IBM 和 E.ON 联手开发出一种用于管理气候风险的算法，而该算法能利用足够先进的量子计算机来超越传统方法。

该算法的每次运行都会提出一个问题：“如果我们以某一价格提供能源，那么在合同期内的特定天气条件下，我们的成本会是多少？”

通过多次运行该算法，您将获得可用于制定对冲决策的信息。

在证明此算法在原理上是可行的之后，该团队准备在真正的 IBM Quantum 硬件上运行该算法。该算法的原始版本涉及量子电路（单个量子执行），而这些电路运行时间过长，因而无法在 2023 年可用的量子计算机上运行。

于是，该团队利用先进的 IBM Qiskit 功能（即动态电路）将此问题分解为即使上一代 27 量子比特的 IBM Quantum 计算机也能处理的较小部分。

E.ON 首席量子科学家 Corey O'Meara 博士表示：在此项目中使用 Qiskit 是“理所当然的事情”。“Qiskit 是全球用于量子软件编码的头号 SDK。它真是太棒了，而且还在不断进步。”

如今，IBM 已可向用户提供 127 量子比特及更高的量子计算机。与早期计算机相比，这些量子计算机可运行更长的电路。结合 Qiskit 的强大功能，这些快速改进的计算机已开启了公用化的时代。量子优势即将显现。

“我认为，实现公用化是整个量子计算领域接下来必须要做的事情”，O'Meara 博士表示。“大家过去一直在用几个量子比特来创建玩具模型和开展小规模概念验证。这种情况将会改变。”

O'Meara 博士表示：E.ON 未来 3 年的量子目标是实现公用化，并为其业务寻找可将公用化落地的实际应用。

Cortiana 博士还表示：量子计算领域非常复杂。希望追求量子计算的组织应与志同道合的机构（大学、研究机构以及 IBM 一类的服务提供商）开展合作，并努力实现协同效应，因为各行各业都存在不同的核心问题。

“展望未来几年，设想计算功能会面临哪些捉襟见肘的情况”，Cortiana 博士说道。“问问自己：量子计算能在哪些方面提供帮助？找到能让您实现商业公用化的较易实现的目标，而无需等待容错计算机的出现。”

现在正是夺取这一较易实现的目标并扩大量子人才库的大好时机。

“一旦量子优势成为现实，人人都会想要用它”，Cortiana 博士说道。“而在此之前，最好已掌握相关技能。否则就很难赶上了。”

E.ON 是欧洲最大的能源公司之一，其业务领域涵盖能源配送电网、能源基础设施解决方案和能源销售。E.ON 拥有 160 万公里长的能源配送电网以及约 4,700 万的客户群，并在打造绿色、数字化且去中心化的能源世界方面发挥着主导作用。E.ON 致力于让新能源发挥作用。