E.ON utiliza la computación cuántica para ayudar a abordar la complejidad

El trabajo de E.ON es mantener las luces encendidas. Como una de las empresas energéticas más grandes de Europa, opera una red de energía de 1.6 millones de kilómetros para servir a 47 millones de clientes con electricidad y gas en 17 países europeos. E.ON suministra energía a hogares, hospitales, fábricas, transporte público y otras infraestructuras críticas esenciales para la vida del siglo XXI. Y ese trabajo solo se está volviendo más complicado.

A medida que E.ON apoya la transición de Europa hacia las energías renovables, las demandas de la red se vuelven cada vez más complejas. Las antiguas formas de distribuir la energía eran predecibles. Dada una gran planta de energía y un suministro constante de combustible, no era demasiado difícil saber cuánto costaría generar un megavatio de electricidad mañana o dentro de un año. Cuando la demanda cambiaba durante una ola de calor o una ola de frío, era relativamente sencillo aumentar y bajar la producción.

Ahora la energía proviene de fuentes más pequeñas y dinámicas, como la solar y la eólica. Al mismo tiempo, los vehículos eléctricos y los sistemas inteligentes en los hogares están cambiando drásticamente los patrones de consumo, y cada vez son más los sectores que se están electrificando, como la movilidad y la calefacción. E.ON, responsable de proporcionar energía 24/7 durante todo el año, debe prepararse con mucha antelación para tener en cuenta los complejos cambios dinámicos tanto en la oferta como en la demanda. La empresa ahora está explorando la computación cuántica, una herramienta para conquistar la complejidad, como solución a este problema.

"Nos estamos convirtiendo en una empresa digital", dijo el Dr. Giorgio Cortiana, director de Datos e IA, Inteligencia Energética de E.ON. "La tecnología de datos será esencial para ayudarnos a dominar la complejidad de estos sistemas".

Una gran parte de este esfuerzo se reduce a un problema de precios.

"Necesitamos adquirir energía antes de que los clientes la soliciten", dijo el Dr. Piergiacomo Sabino, experto en riesgos cuantitativos de Mercados de Energía de E.ON.

Los contratos de E.ON exigen que la empresa proporcione energía a los clientes a un precio fijo, aunque las tasas de consumo y los costos de entrega suban y bajen. A menudo habrá algún desajuste entre la cantidad de energía comprada por adelantado y la demanda real. Por lo tanto, diferentes actores en el mercado se aseguran entre sí contra esos riesgos, comprando y vendiendo derivados energéticos y manteniendo las luces encendidas.

En el piso de negociación de E.ON, expertos como el Dr. Sabino trabajan para fijar el precio de esos derivados de manera eficiente. Utilizan simulaciones de Monte Carlo para esta tarea, una forma de predecir los resultados de eventos inciertos utilizando la tecnología informática actual. Estos métodos tienen en cuenta la volatilidad debida a las condiciones meteorológicas, los patrones de uso y otros factores. Pero incluso las supercomputadoras más grandes del mundo luchan con este tipo de problemas.

“Esto requiere que seamos inteligentes y tengamos visión de futuro con años de anticipación”, dijo el Dr. Cortiana. “El cambio climático y los eventos inesperados deben ser parte de nuestro modelo. El objetivo final es proporcionar energía asequible a nuestros clientes”.

Durante una reciente crisis energética que provocó aumentos drásticos en los precios en toda Europa, E.ON pudo proteger a los clientes y mantener bajo control los aumentos de precios gracias a esta planificación. Si E.ON no hubiera manejado esta crisis correctamente, los clientes podrían haberse quedado en la oscuridad.

Cuanto más complejo es un problema, específicamente, cuantas más variables interactúan, más difícil es para una computadora que maneja 1 y 0 binarios. Los riesgos climáticos, los cambios en el suministro y los patrones de consumo dinámicos son variables que interactúan. Así que incluso los mejores enfoques tradicionales en las mejores máquinas de supercomputación se topan con límites estrictos.

Es por eso que E.ON está explorando la computación cuántica con IBM.

Las computadoras Quantum ofrecen un enfoque completamente nuevo para resolver problemas complejos. Ciertos problemas que podrían tardar milenios en resolverse en las supercomputadoras clásicas podrían tener soluciones mucho más sencillas utilizando algoritmos de computación cuántica.

“La razón por la que decidimos asociarnos con IBM Quantum fue que queríamos estar en contacto con los expertos en el campo”, dijo el Dr. Cortiana. "No solo obtuvimos acceso a este hardware, sino también a expertos, y así pudimos mejorar las habilidades de nuestro equipo".

Hoy en día, las computadoras cuánticas siguen siendo un trabajo en progreso. Sin embargo, ese progreso se está moviendo rápidamente. En 2023, IBM demostró que su hardware y software quantum juntos podían realizar cálculos confiables a una escala más allá de los métodos clásicos de "fuerza bruta" para ejecutar algoritmos cuánticos. Este avance significa que hemos entrado en la era de la "empresa de servicios públicos cuántica", en la que las computadoras cuánticas son las mejores herramientas para obtener respuestas exactas a partir de los circuitos cuánticos.

El siguiente paso es encontrar “supremacía cuántica”, que son instancias para las que las computadoras cuánticas son mejores que cualquier método clásico. Para una organización como E.ON, encontrar una supremacía cuántica podría generar nuevas eficiencias y ventajas competitivas y, en última instancia, mejores precios de energía para sus clientes.

Trabajando juntos, los equipos de E.ON e IBM Quantum desarrollaron un camino hacia la supremacía cuántica para la asignación de precios de energía. El Dr. Sabino, en el aspecto empresarial, impulsó los requisitos del proyecto. El objetivo no era solo un proyecto experimental, sino uno que eventualmente pudiera generar una ventaja comercial práctica en una futura computadora cuántica con corrección de errores. IBM proyecta que presentará una computadora cuántica con corrección de errores en 2029.

Trabajando juntos, IBM y E.ON desarrollaron un algoritmo para gestionar el riesgo climático que podría superar a los métodos clásicos utilizando una computadora cuántica suficientemente avanzada.

Cada ejecución de este algoritmo hace la pregunta: "Si ofrecemos energía a un precio determinado, ¿cuánto nos costará eso dado un determinado conjunto de condiciones climáticas durante el transcurso de un contrato?"

Ejecute este algoritmo muchas veces y obtendrá información que puede usar para tomar decisiones de cobertura.

Una vez demostrado que este algoritmo podría funcionar en principio, el equipo se preparó para ejecutar el algoritmo en hardware de IBM Quantum real. La versión original del algoritmo involucraba circuitos (ejecuciones cuánticas individuales) que eran demasiado largos para ejecutarse en las computadoras cuánticas disponibles en 2023.

Entonces, el equipo usó una capacidad avanzada de IBM Qiskit conocida como circuitos dinámicos para dividir el problema en piezas que incluso una computadora IBM QUANTUM de 27 cúbits de la generación anterior podía manejar.

Usar Qiskit para este proyecto fue una “obviedad”, dijo el Dr. Corey O'Meara, jefe científico Quantum de E.ON. “Qiskit es el SDK número uno en el mundo para la programación de software cuántico. Es fantástico y está mejorando cada vez más”.

Hoy en día, IBM pone a disposición de sus usuarios computadoras de 127 qubits y más. Estas computadoras cuánticas pueden ejecutar circuitos mucho más largos que los de las máquinas anteriores. En combinación con la potencia de Qiskit, estas computadoras en rápida evolución han dado paso a la era de la empresa de servicios públicos. La supremacía cuántica está en el horizonte.

"Creo que trabajar a escala de servicios públicos es lo siguiente que debe suceder para todo el campo de la computación cuántica", dijo el Dr. O'Meara. “La gente ha estado haciendo modelos de juguete y pruebas de concepto a pequeña escala con un par de cúbits. Eso va a cambiar”.

El objetivo cuántico de E.ON para los próximos 3 años, dijo el Dr. O'Meara, es el trabajo a escala de empresa de servicios públicos, buscando utilidad para su negocio.

El campo de la computación cuántica es complejo, dijo el Dr. Cortiana. Las organizaciones que buscan dedicarse a la computación cuántica deberían asociarse con personas que piensan de forma similar (universidades, investigadores y proveedores como IBM) e intentar encontrar sinergias, porque existen problemas fundamentales que serán comunes en todas las industrias.

“Proyéctese unos años en el futuro e imagine las situaciones en las que las capacidades computacionales se agotarán”, dijo el Dr. Cortiana. Pregúntese dónde puede ayudar la computación cuántica. Encuentre productos al alcance de la mano que puedan llevarlo a la empresa de servicios públicos sin esperar a una máquina tolerante a fallos”.

Ahora es el momento de capturar ese producto al alcance de la mano y hacer crecer los grupos de talento cuántico.

“Una vez que las ventajas cuánticas estén aquí, todos querrán beneficiarse”, dijo el Dr. Cortiana. “Es mejor tener las habilidades ya. De lo contrario, será difícil ponerse al día”.

E.ON es una de las mayores empresas energéticas de Europa en las áreas de negocio de red de distribución de energía, soluciones de infraestructura energética y ventas de energía. Con su red de distribución de energía de 1.6 millones de kilómetros de largo y alrededor de 47 millones de clientes, E.ON está desempeñando un papel de liderazgo en la configuración de un mundo energético verde, digital y descentralizado. Depende de E.ON hacer que la nueva energía funcione.