تستخدم E.ON الحوسبة الكمية للمساعدة في معالجة التعقيدات

تتمثل مهمة شركة E.ON في الحفاظ على استمرار التيار الكهربائي. وباعتبارها واحدة من أكبر شركات الطاقة في أوروبا، تدير شبكة طاقة بطول 1.6 مليون كيلومتر لخدمة 47 مليون عميل بالكهرباء والغاز في 17 دولة أوروبية. E.ON  تشغل المنازل والمستشفيات والمصانع والنقل والبنية التحتية الحيوية الحساسة الضرورية للحياة في القرن الحادي والعشرين. وتزداد هذه المهمة تعقيدًا.

نظرًا لأن شركة E.ON تدعم انتقال أوروبا إلى الطاقة المتجددة، فإن الطلب على الشبكة يصبح أكثر تعقيدًا. كانت الطرق القديمة لتوزيع الطاقة متوقعة. مع وجود محطة كبيرة للطاقة وإمدادات ثابتة من الوقود، لم يكن من الصعب جدًا معرفة تكلفة توليد ميجاوات من الكهرباء غدًا أو بعد عام من الآن. مع تغير الطلب خلال موجة الحر أو موجة البرد، كان من السهل نسبيًا زيادة الإنتاج وخفضه.

الآن تأتي الطاقة من مصادر أصغر وأكثر ديناميكية، بما في ذلك الطاقة الشمسية والرياح. في الوقت نفسه، تعمل السيارات الكهربائية والأنظمة الذكية في المنازل على تغيير أنماط الاستهلاك بشكل كبير، كما أن المزيد من القطاعات أصبحت كهربائية، مثل التنقل والتدفئة. شركة E.ON، المسؤولة عن توفير الطاقة على مدار الساعة، يجب أن تستعد مسبقاً لمواجهة التغيرات الديناميكية المعقدة في العرض والطلب. تستكشف الشركة الآن الحوسبة الكمية، وهي أداة لتجاوز التعقيد، كحل لهذه المشكلة.

قال الدكتور Dr. Giorgio Cortiana، رئيس قسم البيانات والذكاء الاصطناعي وذكاء الطاقة في E.ON: "نحن نتحول إلى شركة رقمية." "ستكون تكنولوجيا البيانات ضرورية لمساعدتنا في السيطرة على تعقيدات هذه الأنظمة."

أحد أهم جوانب هذا الجهد يكمن في مشكلة التسعير.

قال الدكتور Piergiacomo Sabino، خبير المخاطر الكمية في E.ON Energy Markets: "نحتاج إلى شراء الطاقة قبل أن يطلبها العملاء".

تفرض العقود التي تبرمها E.ON على الشركة توفير الطاقة للعملاء بسعر ثابت، على الرغم من أن معدلات الاستهلاك وتكاليف التسليم ترتفع وتنخفض. غالباً ما يكون هناك تباين بين كمية الطاقة المشتراة مسبقاً والطلب الفعلي. لذا يقوم مختلف اللاعبين في السوق بتأمين بعضهم البعض ضد تلك المخاطر - شراء وبيع مشتقات الطاقة والحفاظ على استمرار وصول الكهرباء.

في قاعة التداول في E.ON، يعمل خبراء مثل الدكتور Dr. Sabino على تسعير تلك المشتقات بكفاءة. وهم يستخدمون محاكاة مونت كارلو لهذه المهمة، وهي طريقة للتنبؤ بنتائج الأحداث غير المؤكدة باستخدام التقنية الحالية. تأخذ هذه الأساليب في الحسبان التقلبات الناتجة عن الطقس وأنماط الاستخدام وعوامل أخرى. ولكن حتى أكبر أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم تعاني من هذه الأنواع من المشكلات.

قال الدكتور Cortiana: "هذا يتطلب منا أن نكون أذكياء ومتطلعين إلى المستقبل ، قبل حلوله بسنوات". "يجب أن يكون تغير المناخ وأحداث البجعة السوداء (الأحداث النادرة غير المتوقعة تمامًا) جزءًا من نموذجنا. الهدف النهائي هو توفير الطاقة بأسعار معقولة لعملائنا."

خلال أزمة الطاقة الأخيرة التي أدت إلى ارتفاعات كبيرة في الأسعار في جميع أنحاء أوروبا، تمكنت E.ON من حماية العملاء وإبقاء الزيادات في الأسعار تحت السيطرة بفضل هذا التخطيط. إذا لم تتعامل E.ON مع هذه الأزمة بشكل صحيح، كان من الممكن أن يُترك العملاء في الظلام.

وكلما كانت المشكلة أكثر تعقيدًا، وتحديدًا، كلما زادت المتغيرات المتفاعلة التي تتضمنها، كلما كان من الصعب على الكمبيوتر الذي يتعامل مع الأنظمة الثنائية 1 و0 التعامل معها. مخاطر الطقس وتغيرات العرض وأنماط الاستهلاك الديناميكية كلها متغيرات متفاعلة. لذا فحتى أفضل الأساليب الكلاسيكية على أفضل أجهزة الحوسبة الفائقة تصطدم بحدود صعبة.

ذلك السبب الذي يجعل E.ON تستكشف الحوسبة الكمية مع شركة IBM.

توفر أجهزة الكمبيوتر الكمية نهجاً جديداً تماماً لحل المشكلات المعقدة. بعض المشكلات التي قد تستغرق آلاف السنين لحلها على الحواسب الخارقة الكلاسيكية قد يكون لها حلول أكثر وضوحًا باستخدام خوارزميات الحوسبة الكمية.

قال الدكتور Cortiana: "السبب الذي دفعنا للشراكة مع IBM Quantum هو أننا أردنا أن نتعرض للخبير في المجال." "لم نحصل فقط على إمكانية الوصول إلى هذه الأجهزة، ولكننا حصلنا على إمكانية الوصول إلى الخبراء وتمكنا من تنمية مهارات فريقنا."

اليوم، لا تزال أجهزة الكمبيوتر الكمية قيد التقدم. ومع ذلك، فإن هذا التقدم يتحرك بسرعة. في عام 2023، أظهرت شركة IBM أن أجهزتها وبرمجياتها الكمية معًا يمكنها إجراء عمليات حسابية موثوقة على نطاق يتجاوز الطرق الكلاسيكية "القوة الغاشمة" لتشغيل الخوارزميات الكمية. هذا التقدم يعني أننا دخلنا عصر "المرفق الكمي"، حيث تعد أجهزة الكمبيوتر الكمية أفضل الأدوات للحصول على إجابات دقيقة من الدوائر الكمية.

الخطوات التالية هي إيجاد ميزات كمية "Quantum Advantage"، وهي الحالات التي تكون فيها أجهزة الكمبيوتر الكمية أفضل من أي طرق كلاسيكية. بالنسبة لمؤسسة مثل E.ON، يمكن أن يؤدي إيجاد ميزة كمية إلى تحقيق كفاءات جديدة ومزايا تنافسية - وفي النهاية أسعار طاقة أفضل لعملائها.

بالعمل معاً، طورت فرق E.ON وIBM QUANTUM مسارًا نحو الميزة الكمية (Quantum Advantage) لتسعير الطاقة. من ناحية الأعمال ، تولى الدكتور Sabino قيادة متطلبات المشروع. لم يكن الهدف مجرد مشروع تجريبي، بل مشروع يمكن أن يحقق في النهاية ميزة أعمال عملية على جهاز كمبيوتر كمي مستقبلي مصحح للأخطاء. تتوقع IBM أن تكشف النقاب عن كمبيوتر كمي مصحح للأخطاء في عام 2029.

من خلال العمل معاً، طورت شركة IBM و E.ON خوارزمية لإدارة مخاطر الطقس قادرة على التفوق على الأساليب الكلاسيكية باستخدام كمبيوتر كمي متقدم بالقدر الكافي.

تطرح كل عملية تشغيل لهذه الخوارزمية السؤال التالي: "إذا قدمنا الطاقة بسعر معين، فما الذي سيكلفنا ذلك في ظل مجموعة معينة من الظروف الجوية على مدار مدة العقد؟"

قم بتشغيل هذه الخوارزمية عدة مرات وستحصل على معلومات يمكنك استخدامها لاتخاذ قرارات التحوط.

وبعد إثبات إمكانية عمل هذه الخوارزمية من حيث المبدأ، استعد الفريق بعد ذلك لتشغيل الخوارزمية على أجهزة IBM Quantum حقيقية. تضمنت النسخة الأصلية من الخوارزمية الدوائر - عمليات التنفيذ الكمية الفردية - التي كانت طويلة جدًا بحيث لا يمكن تشغيلها على أجهزة الكمبيوتر الكمية المتاحة في عام 2023.

لذا، استفاد الفريق من قدرة كمبيوتر IBM Qiskit المتقدمة المعروفة باسم الدوائر الديناميكية لتقسيم المشكلة إلى أجزاء لم يتمكن حتى الجيل السابق من كمبيوتر IBM Quantum الذي تبلغ قدرته 27 كيوبت من الجيل السابق من IBM من التعامل معها.

قال الدكتور Corey O’Meara، كبير علماء الكم في E.ON، إن استخدام Qiskit في هذا المشروع كان "أمرًا لا يحتاج إلى تفكير". "Qiskit هي مجموعة أدوات تطوير البرمجيات (SDK) الأولى في العالم في مجال برمجة البرمجيات الكمّية. إنه أمر رائع ويتحسن أكثر فأكثر".

اليوم، توفر شركة IBM أجهزة كمبيوتر كمية تحتوي على 127 كيوبت وما فوق لمستخدميها. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمية هذه تشغيل دوائر أطول بكثير مما كان ممكنًا في الأجهزة السابقة. بالإضافة إلى قوة Qiskit، أدت هذه الحواسيب سريعة التطور إلى ظهور عصر المرافق. Quantum Advantage تلوح في الأفق.

قال الدكتور Corey O’Meara، "أعتقد أن العمل على نطاق المرافق هو الخطوة التالية التي يجب أن تحدث لمجال حوسبة الكمّ بأكمله،". "كان الناس يصنعون نماذج ألعاب وإثباتات صغيرة للمفهوم ببضع كيوبتات. وسوف يتغير ذلك.

قال الدكتور Corey O’Meara إن الهدف الكمي لشركة E.ON للسنوات الثلاث القادمة هو العمل على نطاق المرافق، البحث عن المنفعة لأعمالهم.

قال الدكتور Corey O’Meara إن مجال الحوسبة الكمية معقد. يجب على المؤسسات التي تتطلع إلى متابعة الحوسبة الكمية أن تتشارك مع أشخاص ذوي تفكير مماثل - في الجامعات والأبحاث ومقدمي الخدمات مثل IBM - ومحاولة إيجاد أوجه تآزر، لأن هناك مشاكل أساسية ستكون مشتركة بين الصناعات.

قال د. Cortiana: "تخيل نفسك بعد بضع سنوات في المستقبل وتصور المواقف التي ستعاني فيها القدرات الحاسوبية من نقص في القدرات". "هل تسأل عن المواطن التي يمكن أن تساعد فيها التقنية الكمية؟ ابحث عن الفرص السهلة التي يمكن أن توصلك إلى مرافق العمل دون انتظار جهاز يتحمل الأعطال."

حان الوقت الآن لاغتنام تلك الفرص السهلة وتنمية مجموعات المواهب الكمية.

قال الدكتور Cortiana: "بمجرد أن تتوفر Quantum Advantage، سيرغب الجميع في الاستفادة منها". "من الأفضل أن تكون لديك المهارات بالفعل. وإلا فسيكون من الصعب اللحاق بالركب ".

تُعَد E.ON واحدة من أكبر شركات الطاقة في أوروبا في مجالات الأعمال الخاصة بشبكات توزيع الطاقة وحلول البنية التحتية للطاقة ومبيعات الطاقة. وبفضل شبكة توزيع الطاقة التي يبلغ طولها 1.6 مليون كيلومتر وحوالي 47 مليون عميل ، تؤدي E.ON دورًا رائدًا في تشكيل عالم الطاقة الأخضر والرقمي واللامركزي. يقع على عاتق شركة E.ON مهمة جعل الطاقة الجديدة تعمل.