🌌 Каждую неделю квантовые вычисления достигают новых вершин: больше кубитов, меньше ошибок, точнее результаты! 🚀 Но помогут ли эти прорывы решать сложные энергетические задачи, например, моделирование катализаторов для хранения энергии или анализ надёжности энергосетей? 💡 Именно это пытаются выяснить учёные Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL).
🤝 Совместно с локальными квантовыми компаниями команда NREL разрабатывает эталонные тесты для квантовых компьютеров, фокусируясь на проблемах энергетики. Такие бенчмарки помогут определить, когда технологии станут достаточно практичными для реального применения.
⚡ Роль высокопроизводительных вычислений в энергетике растёт. Новейший суперкомпьютер NREL — Kestrel (44 петафлопс!) — решает задачи 24/7. А проект Министерства энергетики США по экзафлопсным вычислениям достиг скорости в 1 квинтиллион операций в секунду!
🌀 Но для самых сложных задач даже квинтиллионов недостаточно. Учёные надеются, что именно квантовые компьютеры станут прорывом.
👨🔬 «Многие заявляют о возможностях квантовых систем, но без реальных устройств эти утверждения нельзя проверить», — подчёркивает Калеб Ротелло из NREL. Перед инвестированием в исследования лаборатория хочет понять, когда квантовые алгоритмы станут эффективнее классических.
🔧 «Наша цель — создать специализированные тесты для энергетических задач. Так мы сможем оценивать прогресс квантовых компьютеров по мере их развития», — объясняет Ротелло.
💻 Теоретически квантовые вычисления с их суперпозицией и запутанностью могут ускорить решение ключевых проблем. Например, NREL уже моделировала квантовые расчёты энергий молекул на классических суперкомпьютерах. Пока своих квантовых систем у лаборатории нет, но их активно разрабатывают партнёры.
🌄 Более 100 квантовых компаний из Колорадо, Нью-Мексико и Вайоминга объединились в «Квантовый теххаб» при поддержке государства. В июле 2024 года на его развитие выделили $127,5 млн! 💸
🤝 «Сотрудничество с индустрией помогает нам изучать принципы работы квантовых систем, — говорит Ротелло. — А компании видят, как их технологии будут применяться на практике».
⚛️ Квантовые компьютеры различаются по типу: одни используют фотоны, другие — атомы. NREL надеется определить, какие задачи лучше решают разные архитектуры.
📉 Пока даже простые расчёты на квантовых устройствах осложняются шумами и ошибками. Но как только системы станут стабильнее, энергетика получит новые инструменты!
🔬 В основе многих энергетических моделей лежат сложные формулы. Ускорение их решения с помощью квантовых алгоритмов может изменить правила игры.
👨💻 «Современные квантовые компьютеры только начинают давать полезные для энергетики результаты, — отмечает Уэсли Джонс, ведущий учёный NREL. — Но прогресс пока скромен из-за ограничений аппаратуры».
📄 Чтобы оценить потенциал, учёные NREL упростили ключевые задачи энергетики до базовых вычислительных ядер. Результаты опубликованы в двух статьях на платформе arXiv в 2024 году:
1. Оптимизация в условиях неопределённости (например, управление энергосетями при нестабильных прогнозах) ➡️ [Quantum Algorithm for Stochastic Optimization](https://arxiv.org/abs/2402.15029).
2. Модель Андерсона для изучения электронных структур материалов в аккумуляторах ➡️ [Quantum Circuits for Many-Body States](https://arxiv.org/abs/2405.15069).
🎯 «Бенчмарки приближают эру практической пользы квантовых вычислений для энергетики», — говорит Джонс.
Проект реализован при поддержке [Национальной лаборатории возобновляемой энергии](https://phys.org/partners/national-renewable-energy-laboratory/).