E.ON menggunakan komputasi kuantum untuk membantu mengatasi kompleksitas

Tugas E.ON adalah menjaga lampu tetap menyala. Sebagai salah satu perusahaan energi terbesar di Eropa, ia mengoperasikan jaringan energi sepanjang 1,6 juta kilometer untuk melayani 47 juta pelanggan dengan listrik dan gas di 17 negara Eropa. E.ON  menyediakan energi untuk rumah, rumah sakit, pabrik, transportasi, dan berbagai infrastruktur penting lainnya yang mendukung kehidupan abad ke-21. Dan pekerjaan itu makin rumit.

Seiring dengan dukungan E.ON terhadap transisi Eropa menuju energi terbarukan, tuntutan terhadap jaringan listrik menjadi kian kompleks. Cara lama mendistribusikan energi dapat diprediksi. Dengan adanya pembangkit listrik besar dan pasokan bahan bakar yang stabil, tidak terlalu sulit untuk menghitung berapa biaya yang diperlukan untuk menghasilkan satu megawatt listrik besok atau setahun dari sekarang. Saat permintaan berubah selama gelombang panas atau cuaca dingin ekstrem, relatif mudah untuk menyesuaikan produksi naik dan turun.

Sekarang, listrik berasal dari sumber-sumber yang lebih kecil dan lebih dinamis, termasuk tenaga surya dan angin. Pada saat yang sama, kendaraan listrik dan sistem cerdas di rumah-rumah sedang mengubah pola konsumsi secara drastis, dan semakin banyak sektor yang menjadi terelektrifikasi, seperti mobilitas dan pemanasan. E.ON, yang bertanggung jawab untuk menyediakan pasokan listrik 24 jam sehari, 7 hari seminggu sepanjang tahun, harus mempersiapkan diri dengan matang jauh-jauh hari untuk mengantisipasi perubahan dinamis yang kompleks baik dalam hal pasokan maupun permintaan. Perusahaan saat ini sedang menjajaki komputasi kuantum, sebuah alat untuk mengatasi kompleksitas, sebagai solusi untuk masalah ini.

“Kami menjadi perusahaan digital,” jelas Dr. Giorgio Cortiana, Head of Data & AI, Energy Intelligence di E.ON. “Teknologi data akan sangat penting untuk membantu kita menguasai kompleksitas sistem ini.”

Satu bagian besar dari upaya ini bermuara pada masalah harga.

“Kita perlu memastikan pasokan listrik sebelum pelanggan memintanya,” kata Dr. Piergiacomo Sabino, Quantitative Risk Expert di E.ON Energy Markets.

Kontrak E.ON mengharuskan perusahaan untuk menyediakan energi kepada pelanggan dengan harga tetap, meskipun tingkat konsumsi dan biaya pengiriman naik dan turun. Sering kali akan ada beberapa ketidakcocokan antara jumlah energi yang dibeli di muka dan permintaan aktual. Jadi, berbagai pihak di pasar saling melindungi satu sama lain dari risiko-risiko tersebut—dengan membeli dan menjual derivatif energi dan memastikan pasokan listrik tetap terjaga.

Di lantai perdagangan E.ON, para ahli seperti Dr. Sabino bekerja untuk menentukan harga derivatif tersebut secara efisien. Mereka menggunakan simulasi Monte Carlo untuk tugas ini—cara memprediksi hasil untuk peristiwa yang tidak pasti menggunakan teknologi komputasi saat ini. Metode-metode ini memperhitungkan volatilitas dari cuaca, pola penggunaan, dan faktor lainnya. Namun, superkomputer terbesar di dunia sekalipun tetap kesulitan mengatasi masalah semacam ini.

“Hal ini mengharuskan kita untuk cerdas dan visioner, bertahun-tahun sebelumnya,” kata Dr. Cortiana. "Perubahan iklim dan peristiwa black swan harus menjadi bagian dari model kita. Tujuan utamanya adalah untuk memberikan keterjangkauan energi kepada pelanggan kami.”

Selama krisis energi baru-baru ini yang menyebabkan lonjakan harga yang dramatis di seluruh Eropa, E.ON mampu melindungi pelanggan dan mengendalikan kenaikan harga karena perencanaan ini. Jika E.ON tidak menangani krisis ini dengan benar, pelanggan bisa saja mengalami pemadaman listrik.

Semakin kompleks suatu masalah, khususnya semakin banyak variabel yang saling berinteraksi yang terlibat di dalamnya, semakin sulit bagi komputer yang bekerja dengan sistem biner 1 dan 0 untuk mengatasinya. Risiko cuaca, perubahan pasokan, dan pola konsumsi dinamis semuanya adalah variabel yang berinteraksi. Jadi, bahkan pendekatan klasik terbaik pada mesin superkomputer terbaik pun menghadapi batas yang tak terhindarkan.

Itulah sebabnya E.ON menjelajahi komputasi quantum dengan IBM.

Komputer Quantum menawarkan pendekatan yang benar-benar baru untuk memecahkan masalah yang kompleks. Masalah-masalah tertentu yang mungkin membutuhkan ribuan tahun untuk diselesaikan pada superkomputer klasik dapat memiliki solusi yang jauh lebih mudah menggunakan algoritma quantum.

“Alasan kami memutuskan untuk bermitra dengan IBM Quantum adalah kami ingin bertemu para pakar di bidangnya,” kata Dr. Cortiana. “Kami tidak hanya mendapatkan akses ke perangkat keras ini, tetapi kami mendapatkan akses ke para pakar dan dapat meningkatkan keterampilan tim kami.”

Saat ini, komputer quantum masih dalam proses pengembangan. Namun, kemajuan itu bergerak cepat. Pada tahun 2023, IBM menunjukkan bahwa perangkat keras kuantum dan perangkat lunaknya bersama-sama dapat melakukan perhitungan yang andal pada skala di luar metode klasik “brute force” untuk menjalankan algoritma kuantum. Kemajuan ini berarti kita telah memasuki era “quantum utilitas”, di mana komputer quantum adalah alat terbaik untuk mendapatkan jawaban yang tepat dari sirkuit quantum.

Langkah selanjutnya adalah menemukan “keunggulan quantum”, yang merupakan contoh di mana komputer quantum lebih baik daripada metode klasik mana pun. Untuk organisasi seperti E.ON, menemukan keunggulan quantum berpotensi memberikan efisiensi baru dan keunggulan kompetitif—dan pada akhirnya harga energi yang lebih baik bagi pelanggannya.

Bekerja sama, tim E.ON dan IBM Quantum® mengembangkan jalur menuju keunggulan quantum untuk Harga energi. Dr. Sabino, di sisi bisnis, mendorong persyaratan untuk proyek tersebut. Tujuan proyek ini bukan sekadar proyek eksperimental, tetapi juga proyek yang pada akhirnya dapat memberikan keunggulan bisnis praktis pada komputer kuantum yang dilengkapi dengan koreksi kesalahan di masa depan. IBM memperkirakan akan memperkenalkan komputer kuantum yang mampu memperbaiki kesalahan pada tahun 2029.

Bekerja sama, IBM dan E.ON mengembangkan algoritma untuk mengelola risiko cuaca yang mampu mengungguli metode klasik dengan menggunakan komputer kuantum yang cukup canggih.

Setiap kali algoritma ini dijalankan, pertanyaan yang diajukan adalah, “Jika kita menawarkan energi dengan harga tertentu, berapa biaya yang akan kita keluarkan mengingat kondisi cuaca tertentu selama masa kontrak?”

Jalankan algoritma ini berkali-kali dan Anda mendapatkan informasi yang dapat Anda gunakan untuk membuat keputusan lindung nilai.

Setelah membuktikan bahwa algoritma ini dapat berfungsi secara prinsip, tim kemudian bersiap untuk menjalankan algoritma tersebut pada perangkat keras IBM Quantum yang sebenarnya. Versi asli algoritma tersebut melibatkan sirkuit—eksekusi kuantum individu—yang terlalu panjang untuk dijalankan pada komputer kuantum yang tersedia pada tahun 2023.

Jadi, tim memanfaatkan fitur canggih IBM Qiskit® yang disebut sirkuit dinamis untuk memecah masalah menjadi bagian-bagian yang bahkan dapat ditangani oleh komputer kuantum IBM generasi sebelumnya dengan 27 qubit.

Menggunakan Qiskit untuk proyek ini adalah pilihan yang jelas,” kata Dr. Corey O’Meara, Chief Quantum Scientist di E.ON. “Qiskit adalah SDK nomor satu di dunia untuk pengodean perangkat lunak quantum. Ini luar biasa dan semakin baik dari hari ke hari.”

Saat ini, IBM membuat komputer kuantum dari 127 qubit ke atas tersedia untuk penggunanya. Komputer kuantum ini dapat  menjalankan sirkuit yang jauh lebih panjang daripada yang dimungkinkan pada mesin sebelumnya. Dikombinasikan dengan kekuatan Qiskit, komputer yang berkembang pesat ini telah menghadirkan era utilitas. Keunggulan quantum sudah hadir di depan mata.

“Saya yakin bekerja pada skala utilitas adalah langkah berikutnya yang harus dilakukan untuk seluruh bidang komputasi kuantum,” jelas Dr. O'Meara. “Orang-orang telah membuat model mainan dan bukti konsep skala kecil dengan beberapa qubit. Itu akan berubah."

Target kuantum E.ON untuk 3 tahun ke depan, kata Dr. O'Meara, adalah pekerjaan skala utilitas, mencari utilitas untuk bisnis mereka.

Bidang komputasi kuantum sangat kompleks, kata Dr. Cortiana. Organisasi yang ingin mengejar komputasi quantum harus bermitra dengan orang-orang yang berpikiran sama—universitas, riset, dan penyedia seperti IBM—dan mencoba menemukan sinergi, karena ada masalah inti yang akan umum di seluruh industri.

“Proyeksikan diri Anda beberapa tahun ke masa depan dan bayangkan situasi di mana kemampuan komputasi akan habis,” kata Dr. Cortiana. “Tanyakan di mana quantum dapat membantu? Temukan buah yang menggantung rendah yang dapat membawa Anda ke utilitas bisnis tanpa menunggu mesin yang tahan kesalahan.”

Sekarang saatnya untuk memanfaatkan peluang yang mudah diraih dan mengembangkan bakat-bakat unggul.

“Begitu keunggulan quantum tersedia, semua orang akan ingin memanfaatkannya,” kata Dr. Cortiana. “Lebih baik memiliki keterampilan yang sudah ada. Kalau tidak, akan sulit untuk mengejar ketinggalan.”

E.ON adalah salah satu perusahaan energi terbesar di Eropa di bidang bisnis jaringan distribusi energi, solusi infrastruktur energi, dan penjualan energi. Dengan jaringan distribusi energi sepanjang 1,6 juta kilometer dan sekitar 47 juta pelanggan, E.ON memainkan peran utama dalam membentuk dunia energi hijau, digital, dan terdesentralisasi. Tugas E.ON adalah mewujudkan energi baru.