E.ON utilise l’informatique quantique pour s’attaquer à la complexité

Le travail d’E.ON est de veiller à la continuité de l’approvisionnement énergétique. Figurant parmi les plus grandes entreprises d’énergie d’Europe, elle gère un réseau énergétique de 1,6 million de kilomètres destiné à approvisionner 47 millions de clients en électricité et en gaz dans 17 pays européens. E.ON alimente des maisons, des hôpitaux, des usines, des transports en commun et d’autres infrastructures critiques essentielles à la vie du 21e siècle. Et ce travail devient de plus en plus complexe.

Alors qu’E.ON soutient la transition de l’Europe vers les énergies renouvelables, les exigences sur le réseau deviennent de plus en plus complexes. Auparavant, la distribution d’énergie était prévisible. Avec une grande centrale et un approvisionnement stable en combustible, il n’était pas très difficile de savoir combien coûterait la production d’un mégawatt d’électricité demain ou dans un an. Lorsque la demande évoluait au cours d’une vague de chaleur ou de froid, il était relativement simple d’augmenter ou de réduire la production.

Aujourd’hui, l’électricité provient de sources plus petites et plus dynamiques, notamment l’énergie solaire et éolienne. Parallèlement, les véhicules électriques et les systèmes intelligents dans les foyers modifient radicalement les modes de consommation, et de plus en plus de secteurs s’électrifient, comme la mobilité et le chauffage. E.ON, responsable de la fourniture d’électricité 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, doit se préparer longtemps à l’avance pour tenir compte des changements dynamiques complexes de l’offre et de la demande. Pour s’attaquer à ce problème, la société mise désormais sur l’informatique quantique, l’outil ultime pour dompter la complexité.

« Nous sommes en train de devenir une entreprise numérique », a déclaré M. Giorgio Cortiana, responsable des données et de l’IA au sein du service d’intelligence énergétique chez E.ON. « La technologie des données sera essentielle pour nous aider à maîtriser la complexité de ces systèmes. »

L’un des enjeux majeurs est un problème de tarification.

« Nous devons nous approvisionner en électricité avant même que les clients n’en fassent la demande », a déclaré le Piergiacomo Sabino, expert en risques quantitatifs chez E.ON Energy Markets.

Les contrats d’E.ON exigent que l’entreprise fournisse de l’énergie aux clients à un prix fixe, même si les taux de consommation et les coûts de livraison varient. Il y a souvent un décalage entre la quantité d’énergie achetée à l’avance et la demande réelle. Les différents acteurs du marché s’assurent donc les uns les autres contre ces risques, en achetant et en vendant des produits dérivés de l’énergie, ce qui permet d’assurer la continuité de l’approvisionnement énergétique.

Dans l’équipe de négociation d’E.ON, des experts comme Piergiacomo Sabino s’efforcent de fixer les prix de ces produits dérivés. Pour ce faire, ils utilisent des simulations de type Monte Carlo, un moyen de prédire les résultats d’événements incertains en utilisant la technologie informatique actuelle. Ces méthodes tiennent compte de la volatilité due aux conditions météorologiques, aux modes d’utilisation et à d’autres facteurs. Mais même les plus grands supercalculateurs du monde ont du mal à gérer ce genre de problèmes.

« Pour cela, nous devons être intelligents et tournés vers l’avenir, des années à l’avance », a déclaré le Giorgio Cortiana. « Le changement climatique et les événements imprévus de type cygne noir doivent faire partie de notre modèle. » L’objectif ultime est d’offrir à nos clients une énergie abordable. »

Lors d’une récente crise énergétique ayant entraîné une flambée des prix partout en Europe, E.ON a pu protéger ses clients et contenir la hausse des tarifs grâce à cette planification. Si E.ON n’avait pas géré cette crise correctement, ses clients auraient pu se retrouver plongés dans le noir.

Plus un problème est complexe, c’est-à-dire plus il comporte de variables en interaction, plus il est difficile à traiter pour un ordinateur qui travaille avec des 1 et des 0 binaires. Les risques météorologiques, les variations de l’offre et les modes dynamiques de consommation sont tous des variables interagissantes. De ce fait, même les meilleures approches classiques sur les meilleures machines de calcul se heurtent à des limites strictes.

C’est pourquoi E.ON a choisi de s’associer à IBM pour explorer le potentiel de l’informatique quantique.

Les ordinateurs quantiques proposent une toute nouvelle approche pour résoudre des problèmes complexes. Certains problèmes dont la résolution prendrait des millénaires sur des superordinateurs classiques pourraient être résolus beaucoup plus simplement à l’aide d’algorithmes d’informatique quantique.

« Si nous avons décidé de nous associer à IBM Quantum, c’est parce que nous souhaitions collaborer avec les plus grands spécialistes de ce domaine », a déclaré le Giorgio Cortiana. « Au-delà de l’accès aux machines, ce partenariat nous a permis d’échanger avec des spécialistes et de renforcer l’expertise de nos équipes. »

À l’heure actuelle, les ordinateurs quantiques sont encore en cours de développement. Toutefois, les progrès sont rapides. En 2023, IBM a démontré que son matériel et son logiciel quantiques pouvaient effectuer des calculs fiables à une échelle dépassant les méthodes classiques de « force brute » pour exécuter des algorithmes quantiques. Cette avancée signifie que nous sommes entrés dans l’ère de « l’utilité quantique », où les ordinateurs quantiques sont les meilleurs outils pour obtenir des réponses exactes à partir de circuits quantiques.

L’étape suivante consiste à identifier les « avantages quantiques », qui sont des cas où les ordinateurs quantiques sont meilleurs que toutes les méthodes classiques. Pour une entreprise comme E.ON, trouver un avantage quantique pourrait potentiellement offrir des gains de productivité et un levier de compétitivité, permettant in fine de proposer des prix de l’énergie plus attractifs à ses clients.

En collaboration, les équipes d’E.ON et d’IBM Quantum ont élaboré une feuille de route vers l’avantage quantique pour optimiser le prix de l’énergie. Du côté commercial, Giorgio Sabino a défini les exigences du projet. L’objectif n’était pas de mener un simple projet expérimental, mais de développer une solution capable, à terme, d’offrir un avantage commercial concret grâce aux futurs ordinateurs quantiques à correction d’erreurs. IBM prévoit de dévoiler un ordinateur quantique à correction d’erreurs en 2029.

Ensemble, IBM et E.ON ont mis au point un algorithme de gestion du risque météorologique capable, sur un ordinateur quantique suffisamment avancé, de surpasser les méthodes classiques.

Chaque exécution de cet algorithme pose la question suivante : « Si nous proposons de l’énergie à un certain prix, combien cela nous coûtera-t-il compte tenu des conditions météorologiques pendant la durée du contrat ? »

En lançant cet algorithme à de multiples reprises, on obtient les données nécessaires pour orienter les décisions de couverture.

Après avoir démontré la validité théorique de l’algorithme, l’équipe a ensuite procédé à des tests sur les systèmes physiques d’IBM Quantum. La version originale de l’algorithme impliquait des circuits (des exécutions quantiques individuelles) qui étaient trop longs pour être exécutés sur les ordinateurs quantiques disponibles en 2023.

L’équipe a donc tiré parti d’une capacité avancée d’IBM Qiskit, connue sous le nom de circuits dynamiques, pour décomposer le problème en éléments que même un ordinateur IBM Quantum de 27 qubits de la génération précédente était en mesure de traiter.

Utiliser Qiskit pour ce projet était « une évidence », explique Corey O’Meara, scientifique Quantum en chef chez E.ON. « Qiskit est le SDK numéro un au monde pour le codage de logiciels quantiques. C’est un outil formidable qui ne cesse de s’améliorer. »

Aujourd’hui, IBM met à la disposition de ses utilisateurs des ordinateurs quantiques de 127 qubits et plus. Ces ordinateurs quantiques peuvent faire fonctionner des circuits beaucoup plus longs que ce qui était possible sur les machines antérieures. Associés à la puissance de Qiskit, ces ordinateurs, qui s’améliorent rapidement, ont marqué le début de l’ère de la fonctionnalité. L’avantage quantique se profile à l’horizon.

« Je pense que l’ensemble du domaine de l’informatique quantique doit maintenant s’atteler à prouver son utilité concrète à grande échelle », a déclaré le Corey O’Meara. « Jusqu’à présent, on se contentait de modèles simplifiés et de petites preuves de concept avec quelques qubits. Tout cela est sur le point de changer. »

L’objectif quantique d’E.ON pour les trois prochaines années, selon le Corey O’Meara, est de travailler à grande échelle et d’identifier son utilité pour l’entreprise.

Giorgio Cortiana explique que le domaine de l’informatique quantique est complexe. Les entreprises qui souhaitent se lancer dans l’informatique quantique doivent s’associer à des partenaires partageant les mêmes idées (universités, recherche et fournisseurs comme IBM) et chercher des synergies, car certains problèmes fondamentaux seront communs à tous les secteurs d’activité.

« Projetez-vous quelques années dans le futur et imaginez les situations où les capacités de calcul actuelles seront insuffisantes », conseille le Giorgio Cortiana. Posez-vous la question : “Dans quels domaines l’informatique quantique peut-elle nous aider ?” Cherchez les opportunités faciles à saisir qui vous apporteront une utilité concrète pour votre entreprise, sans attendre l’arrivée d’une machine totalement tolérante aux pannes. »

Le moment est venu de saisir ces opportunités et de développer des viviers de talents dans le domaine du quantique.

« Une fois que l’avantage quantique sera là, tout le monde voudra en profiter », affirme Giorgio Cortiana. « Mieux vaut se doter des compétences nécessaires dès maintenant. Sinon, il sera difficile de rattraper le retard. »

E.ON fait partie des leaders européens de l’énergie dans les domaines de la distribution d’énergie, des solutions d’infrastructure énergétique et de la vente d’énergie. Avec son réseau de distribution d’énergie de 1,6 million de kilomètres et ses quelque 47 millions de clients, E.ON joue un rôle de premier plan dans la création d’un monde énergétique vert, numérique et décentralisé. C’est à E.ON de faire des nouvelles énergies une réalité concrète.