ExxonMobil 致力于解决复杂的能源挑战 了解 ExxonMobil 如何使用量子计算机运输更清洁的燃料

在全球范围内运输能源产品是一个复杂的难题,量子解决方案可以助一臂之力

ExxonMobil 表示,全球相当大部分的人口,每天都面临着能源获取的挑战,这影响着公众健康,制约人们自身潜力的充分发挥。全球人口目前 75 亿,预计到 2040 年会增加到 92 亿,能源挑战将变得更加严峻。

ExxonMobil 的领导者将此称为社会的“双重挑战”,即在为不断增长的人口提供可靠、经济能源的同时,减少对环境的影响和气候变化的风险。

“近期,应对这一挑战的方法之一是使用天然气,它的温室气体排放量比煤炭少 60%。从煤炭发电转向天然气发电将改善空气质量并降低碳强度,”ExxonMobil 研发副总裁 Vijay Swarup 博士表示。“但问题不仅在于生产,还有运输。”

运输液化天然气与运输运动鞋不同。液化天然气必须要在耗尽前“及时”运达,否则人们就会耗尽电力。高效的运输至关重要。

2^1,000,000

 

全球液化天然气运输网络中决策组合的数量为 2^1,000,000

2^270

 

宇宙中存在的原子数为 2^270

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从煤炭转向天然气将改善空气质量并降低碳强度。但问题不仅在于生产,还有运输。 Dr. Vijay Swarup ExxonMobil Vice President Research and Development
海上路线规划中令人难以置信的数字

2021 年,有超过 500 艘液化天然气船被用于在大洋上运输重要的燃料。这些液化天然气每年要数千次运送到目的港,在那里,液化天然气被用来为关键的基础设施提供电力。

为此类船队找到最佳航线,这是一个令人头疼的复杂问题。为了高效地运输液化天然气,必须考虑到这一年中每艘船每一天的位置,以及每个交付地点对液化天然气的需求。

目前,这类问题还不能完全用经典计算来解决。即使是涉及几十艘船的简化问题,不同决策的可能组合数量也可能达到 21,000,000 种。这比宇宙中原子的总数还要大。

经典计算机可以通过将问题分解成易于解决的小块,并应用最先进的数学方法来解决这一问题。即使采用这种方法,也可能需要数小时才能生成有用的解决方案,更不用说最佳解决方案了。

这一问题如果是涉及更大的船队,或引入天气或需求波动等不确定因素,如此规模的问题就会迅速变得难以解决,甚至会遇到最先进的经典计算系统固有的硬性限制。

量子计算机采用了一种新的方法来处理这种复杂性,有可能找到经典超级计算机无法单独处理的解决方案。像 Exxon 这样的行业领军企业正在参与其中,探索如何将经典计算技术和量子计算技术结合起来,以解决重大、复杂、紧迫的全球性挑战。

精确建模,颠覆性成果

在当前范式下,各类优化问题几乎不可能精确解决,这就要求企业和机构在其流程中接受一定程度的不确定性和低效率。尽管量子计算仍处于起步阶段,但它提供了一种革命性的新方法,可能有助于缓解未来的这一挑战。

IBM Research 和 ExxonMobil Corporate Strategy Research 的团队合作,在量子设备上建立了海上库存路线规划模型,分析了船舶和库存路线规划不同策略的优劣和取舍,为构建实用的运营解决方案奠定了基础。

随着 IBM 量子硬件的快速扩展(从小型原型系统到更有前景的大型设备),研究人员非常期待有朝一日能够处理以前无法解决的路线规划问题。

“通过与 IBM Quantum 合作,我们的目标是最终提升我们处理更复杂优化问题的能力,”ExxonMobil 的 Swarup 说道。“能够解决更大的问题,并做出更大的改变。”

全球能源待办事项清单

对于 ExxonMobil 来说,量子计算的应用范围将远远超出海上船舶的协调。量子计算可以提供模拟化学的新功能,从而促进能源可持续性和效率的发展。量子科技能够为大规模碳捕集所需的科研开发提供支持,或帮助筛选确定应用于低能耗加工的新型催化剂和活性材料。

ExxonMobil 依靠 IBM 来设计并不断改进量子硬件和软件。ExxonMobil 的研究人员与 IBM 专家一起开发和测试新一代算法。

“即使在这个早期阶段,我们也发现量子计算激发了不同的思维方式,这些思维方式与量子计算的特殊能力是独一无二的。我们深知,在可预见的未来,我们将应对巨大的全球性挑战。当量子计算的发展达成突破性成果时,我们已经做好了一切准备。”

详细了解 ExxonMobil 和 IBM 如何探索量子算法来解决路线规划问题。

我们深知,在可预见的未来,我们将应对巨大的全球性挑战。当量子计算规模扩大到完全颠覆性时,我们就会做好准备。 Dr. Vijay Swarup Vice President Research and Development, ExxonMobil
推动现实解决方案的实现

ExxonMobil 的量子团队由应用数学家、优化专家、计算化学家和其他科学家组成,他们既能从事新算法所需的基础研究,又能关注能源领域的重要问题。这种视角不仅有利于 ExxonMobil 自己的研究,也有利于整个 IBM 量子网络社区。在很短的时间内,他们就开始与整个网络进行接触和合作,并经常向社区中的其他人提出经过缜密思考的问题。

与 ExxonMobil 一样,IBM 量子网络的大多数成员都面临着他们多年来一直试图解决的现实挑战。现在,他们在这场技术变革中处于领先地位:现在正在开发量子工具,一旦 IBM Quantum 不断增长的量子计算硬件套件达到其开发路线图中规定的必要规模和能力,这些工具就可以投入使用。

关于 ExxonMobil

ExxonMobil 是全球最大的上市能源供应商和化学品制造商之一,致力于开发和应用新一代技术,以帮助安全、负责任地满足全球对能源和高品质化工产品日益增长的需求。

关于 IBM Quantum Network

IBM Quantum Network 是一个由财富 500 强企业、学术机构、初创企业和国家研究实验室组成的社区,与 IBM 合作推进量子计算。

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2021 年 3 月在美国制作。

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