تطبيقات الحوسبة الكمية في الطاقة الكهربائية

تعد الحوسبة الكمية من المجالات التي تتسم بتعدد التخصصات مثل علوم الحاسب والفيزياء والرياضيات التي تستخدم ميكانيكا الكم لحل المشكلات المعقدة بشكل أسرع من أجهزة الحاسوب التقليدية، التي تستخدم مبادئ التشابك والتراكب لحل المشكلات المعقدة. ومع الوقت، بُنيت أجهزة حاسوب كمية -متناهية الصغر- باستخدام الأيونات المحاصرة والموصلات الفائقة.

وفي 1998، أثبت حاسوب كمي جدوى هذه التقنية وأدت التجارب اللاحقة إلى زيادة عدد الكيوبتات Qubits وتقليل معدلات الخطأ. ويمكن للحوسبة الكمية تحسين البحث والتطوير، وتطوير سلاسل التوريد والإنتاج. على سبيل المثال، بالإمكان تطبيق الحوسبة الكمية لتقليل التكاليف المرتبطة بعملية التصنيع وتقليص أوقات الدورات من خلال تحسين التخطيط في العمليات المعقدة.

إن أحد الأمثلة الواقعية للحوسبة الكمية هو اكتشاف الأدوية، عبر تسهيل نمذجة سلوك البروتينات. بالتالي، يمكن للحوسبة الكمية أن تساعد الباحثين على فهم الأدوية الموجودة وإنشاء أدوية جديدة لعلاج أمراض مثل الزهايمر والسرطان.

لقد بلغت قيمة سوق الحوسبة الكمية العالمية وفقًا لأحدث الأبحاث نحو 907.2 مليون دولار في 2022، ومن المتوقع أن تتوسع بمعدل نمو سنوي مركب قدره 37.3 % لتصل إلى أكثر من 6 مليارات دولار بحلول 2028. إن أهم التطبيقات العملية للحوسبة الكمية التي يمكن أن نراها في المستقبل تتمثل في الذكاء الاصطناعي وتعلُّم الآلة والنماذج المالية والأمن السيبراني والتصنيع والبحوث الدوائية والكيميائية والبطاريات.

وعلى الرغم من أن تطبيق الحوسبة الكمية في نطاق الطاقة يعد أمرًا نادرًا، فإن بعض الأبحاث أوجدت لهذه التقنية مكانًا لها في الطاقة الكهربائية. لقد أدى انتشار مصادر الطاقة على شبكة التوزيع الكهربائية إلى زيادة تعقيد تحليل وتشغيل نظام الطاقة الكهربائية.

ولعلاج هذا التعقيد، تمت دراسة خوارزميات مختلفة على أجهزة الحاسوب التقليدية بيد أن أداءها كان محدودًا بسبب قيود فنية مفروضة عليها. لقد تم تطبيق الحوسبة الكمية على عمليات نظام الطاقة بوصفها نموذجًا جديدًا للحوسبة من أجل تعزيز الكفاءة الحسابية.

وعلى الرغم من أن قابلية التوسع محدودة في الأجهزة الكمية الحالية، فقد تم تطوير خوارزميات مختلفة من خلال الجمع بين أجهزة الحاسوب الكلاسيكية والكمية لاستغلال تقنية الحوسبة الكمية بشكل كامل. ومن المتوقع أن تُسَخِّرَ الحوسبة الكمية كامل آلياتها واستعداداتها لحل المشكلات الحسابية المستعصية تقليديًا، ما يؤدي إلى تمكين الشبكة الكهربائية من أجل إمداد طاقة فائقة الكفاءة وقابلة للتطوير والتحسين، والأهم هو القدرة على التحكم في مكونات الشبكة الكهربائية.

ومن خلال الحوسبة الكمية، تكمن فرص قطاع الطاقة الكهربائية في معالجة كميات ضخمة من البيانات لتمحيصها وتدقيقها بالتالي تحسين أنظمة الطاقة الكهربائية وحلول الوقود وتخزين الطاقة، إضافة إلى توفير الأمن السيبراني في الشبكات الكهربائية.

وبالمناسبة، تستكشف شركات مثل Eni وEDF إمكانات الحوسبة الكمية لتقنيات الطاقة المتجددة والتحسين والمحاكاة العددية، فقد تعاونت شركة الطاقة الإيطالية Eni مع باسكال، وهي شركة فرنسية متخصصة في معالجة الكم، لتسريع الأبحاث والقدرات في مجالات مثل تقنيات الطاقة المتجددة والاندماج المغناطيسي. بينما تدرس شركة المرافق الكهربائية الفرنسية EDF وشركة كواديلا، شركة كمية فرنسية ناشئة، تطبيق الحوسبة الكمية لتعزيز المحاكاة العددية لظاهرة التشوُّه في السدود الكهرومائية.

في الختام، نظرًا إلى أن الطاقة الكهربائية تواجه طلبًا متزايدًا على حلول الطاقة النظيفة والمستدامة، فمن المؤكَّد أنَّ الحوسبة الكمية لديها القدرة على تأدية دور محوري في تحسين أنظمة الطاقة وتحسين توزيع الطاقة وتقليل الانبعاثات وتعزيز كفاءة مصادر الطاقة المتجددة.