Nach Angaben von ExxonMobil steht ein erheblicher Teil der Weltbevölkerung täglich vor dem Problem des Zugangs zu Energie. Dies wirkt sich auf die öffentliche Gesundheit aus und hindert viele Menschen daran, ihr volles Potenzial auszuschöpfen. Die Herausforderungen im Energiebereich werden noch größer werden, wenn die Weltbevölkerung von heute 7,5 Milliarden auf voraussichtlich 9,2 Milliarden im Jahr 2040 ansteigt.
Die Führungskräfte von ExxonMobil bezeichnen dies als die „doppelte Herausforderung“ der Gesellschaft: zuverlässige und erschwingliche Energie für eine wachsende Bevölkerung bereitzustellen und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt und die Risiken des Klimawandels zu verringern.
„Eine kurzfristige Möglichkeit, dieser Herausforderung zu begegnen, ist Erdgas, das bis zu 60 % weniger Treibhausgase ausstößt als Kohle. Der Wechsel von Kohle zu Erdgas zur Stromerzeugung verbessert die Luftqualität und reduziert die Kohlenstoffintensität“, so Dr. Vijay Swarup, Vice President of Research and Development bei ExxonMobil. „Aber es geht nicht nur um die Produktion, sondern auch um den Transport.“
Der Transport von Flüssiggas (LNG) ist nicht wie der Transport von Turnschuhen. LNG muss für den Verbrauch „just in time“ geliefert werden, sonst geht den Menschen der Strom aus. Ein effizienter Transport ist absolut entscheidend.
Die Anzahl der Entscheidungskombinationen in einem globalen LNG-Transportnetz beträgt 2^1.000.000
Die Anzahl der Atome im Universum beträgt 2^270
Im Jahr 2021 werden mehr als 500 LNG-Schiffe für den Transport kritischer Treibstoffvorräte auf den Weltmeeren eingesetzt. Zusammen legen sie jährlich Tausende von Fahrten zu Zielhäfen zurück, an denen das LNG zur Versorgung kritischer Infrastrukturen eingesetzt wird.
Die Suche nach optimalen Routen für eine Flotte solcher Schiffe kann ein äußerst komplexes Optimierungsproblem darstellen. Um LNG effizient zu transportieren, muss die Position eines jeden Schiffes an jedem Tag des Jahres ebenso berücksichtigt werden wie der LNG-Bedarf einer jeden Anlieferungsstelle.
Derzeit kann ein solches Problem mit klassischer Datenverarbeitung nicht exakt gelöst werden. Selbst bei einem vereinfachten Problem mit nur Dutzenden von Schiffen kann die Zahl der möglichen Kombinationen verschiedener Entscheidungen21.000.000 erreichen. Das sind mehr Kombinationen als es Atome im Universum gibt.
Klassische Computer können Versionen dieses Problems lösen, indem sie es in kleinere Teile zerlegen und modernste mathematische Methoden anwenden. Doch selbst mit diesem Ansatz kann es viele Stunden dauern, bis eine sinnvolle Lösung gefunden wird – geschweige denn eine optimale.
Wenn man das Problem auf eine größere Flotte ausdehnt oder Unwägbarkeiten wie das Wetter oder Nachfrageschwankungen einbezieht, wird ein Problem dieser Größenordnung schnell unlösbar und selbst fortschrittlichste klassische Rechensystemen stoßen schnell an ihre Grenzen.
Quantencomputer verfolgen einen neuen Ansatz zur Bewältigung dieser Art von Komplexität und haben das Potenzial, Lösungen zu finden, die klassische Supercomputer allein nicht bewältigen können. Führende Unternehmen der Branche wie Exxon loten jetzt aus, wie durch die Kombination von klassischen und Quantencomputertechniken große, komplexe und dringende globale Herausforderungen gelöst werden können.
Ganze Klassen von Optimierungsproblemen lassen sich mit dem derzeitigen Paradigma kaum exakt lösen, so dass Unternehmen und Institutionen ein gewisses Maß an Unsicherheit und Ineffizienz bei ihren Prozessen in Kauf nehmen müssen. Obwohl das Quantencomputing noch in den Kinderschuhen steckt, bietet es einen revolutionären neuen Ansatz, der dazu beitragen könnte, diese Herausforderung in Zukunft zu bewältigen.
Teams von IBM Research und ExxonMobil Corporate Strategy Research haben gemeinsam die Logistik für den Inventartransport auf dem Seeweg auf Quantengeräten zu modellieren, die Stärken und Kompromisse verschiedener Strategien für das Fahrzeug- und Inventar-Routing zu analysieren und die Grundlage für die Erstellung praktischer Lösungen für ihren Betrieb zu legen.
Da sich die Quanten-Hardware von IBM schnell skalieren lässt – von kleinen Prototyp-Systemen bis hin zu vielversprechenden größeren Geräten – sind Forscher begeistert von der Möglichkeit, eines Tages bislang unlösbare Routing-Probleme zu bewältigen.
„Durch die Partnerschaft mit IBM Quantum möchten wir letztlich unsere Fähigkeit, komplexere Optimierungen in Angriff zu nehmen, verbessern“, sagt Swarup von ExxonMobil. „Wir möchten größere Probleme lösen und mehr bewirken.“
Für ExxonMobil werden die Anwendungen des Quantencomputings weit über die Koordination von Schiffen auf See hinausgehen. Quantentechnologie könnte neue Möglichkeiten für Chemiesimulationen bieten, die zu Entwicklungen im Bereich der Nachhaltigkeit und Effizienz der Energieversorgung führen könnten. Quantentechnologie könnte Entdeckungen unterstützen, die für die Entwicklung einer groß angelegten CO2-Abscheidung erforderlich sind, oder dazu beitragen, neue Katalysatoren und aktive Materialien für eine energiesparende Verarbeitung zu identifizieren.
ExxonMobil verlässt sich bei der Entwicklung und kontinuierlichen Verbesserung der Quantenhard- und -software auf IBM. Und Forscher von ExxonMobil entwickeln und testen gemeinsam mit IBM-Experten neue Generationen von Algorithmen.
„Bereits in diesem frühen Stadium stellen wir fest, dass das Quantencomputing zu verschiedenen Denkweisen anregt, die für seine spezifischen Fähigkeiten besonders gut geeignet sind. Wir sind davon überzeugt, dass wir in absehbarer Zukunft in der Lage sein werden, enorme globale Herausforderungen zu bewältigen. Wenn das Quantencomputing skaliert wird und eine wirklich disruptive Rolle übernimmt, werden wir bereit sein.“
Erfahren Sie mehr darüber, wie ExxonMobil und IBM Quantenalgorithmen zur Berechnung von Routing-Formeln erforschen.
Das Quantenteam von ExxonMobil besteht aus angewandten Mathematikern, Optimierungsexperten, Computerchemikern und anderen Wissenschaftlern, die die für neue Algorithmen erforderliche Grundlagenforschung betreiben können, aber auch wissen, worauf es im Energiebereich ankommt.Diese Perspektive war nicht nur für die eigene Forschung von ExxonMobil von Vorteil, sondern für die gesamte IBM Quantum Network Community. In kurzer Zeit wurden der Kontakt und die Zusammenarbeit mit dem gesamten Netzwerk aufgenommen und häufig anderen Community-Mitgliedern wohl überlegte Fragen gestellt.
Wie ExxonMobil stehen auch die meisten Mitglieder des IBM Quantum Network vor realen Herausforderungen, die sie seit Jahren zu lösen versuchen. Jetzt sind sie einen großen Schritt weiter gekommen: Sie entwickeln heute Quantentools, die einsatzbereit sein werden, sobald die wachsende Quantencomputinghardware-Suite von IBM Quantum gemäß der Entwicklungs-Roadmap den nötigen Umfang und die erforderliche Kapazität erreicht hat.
ExxonMobil, eines der weltweit größten börsennotierten Energieversorgungs- und Chemieunternehmen, entwickelt und nutzt Technologien der nächsten Generation, um dem weltweit wachsenden Bedarf an Energie und hochwertige chemische Produkte sicher und verantwortungsbewusst zu entsprechen.
Über IBM Quantum Network
IBM Quantum Network ist eine Gemeinschaft von Fortune-500-Unternehmen, akademischen Einrichtungen, Startups und nationalen Forschungslabors, die mit IBM an der Weiterentwicklung des Quantencomputings arbeiten.
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In den nächsten 10 Jahren wird Quantencomputing die Wirtschaft und Gesellschaft verändern. Unternehmen, die jetzt nicht handeln, werden auf der Strecke bleiben.
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Hergestellt in den Vereinigten Staaten von Amerika, März 2020.
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