Microsoft podria redefinir el sector elèctric.

Instituts, governs i les empreses tecnològiques, han invertit molt en informàtica quàntica amb l'esperança que revolucionarà la criptografia, l'automatic learning, la química, la comunicació i altres camps. Però la computació quàntica,  també podria tenir un gran impacte en l’energia, donant lloc a combustible més net, de baixes emissions i fer els sistemes d’energia elèctrica més eficients.

Igual que altres empreses, Microsoft treballa per ampliar el seu maquinari quàntic per obtenir equips amb una àmplia gamma de capacitats i una gran velocitat respecte als ordinadors clàssics. De fet, s'està  treballant amb altres persones a tot el món per construir una "pila" quàntica completa, des d'aplicacions i programari fins a control i dispositius. Alguns investigadors estan treballant per veure si el codi d’inspiració quàntica, que de moment s’executa  en ordinadors convencionals, pot donar un pas més a la indústria energètica.

Microsoft ha anunciat que està disponible  Azure Quantum com un ecosistema públic i ha convidat a desenvolupadors i investigadors per començar a utilitzar la plataforma ja que s'espera  acceleri moltes aplicacions quàntiques.

La informàtica quàntica està redefinint el que és possible amb la tecnologia, creant noves possibilitats sense precedents per resoldre alguns dels reptes més complexos de la humanitat.

UN GRAN AVANTATGE

S’espera que la nova gamma d’ordinadors acceleri la simulació de sistemes quàntics, com les molècules. Això hauria de tenir un gran impacte en el sector energètic.

Es veu un enorme potencial en àrees que condueixen a un combustible més net, a la reducció d'emissions i a l'eficiència energètica.

Entre altres coses, s’espera que els ordinadors quàntics, ajudin en la química i el desenvolupament de materials molt més enllà de la capacitat dels actuals super-ordinadors. Les capacitats de simulació podrien ajudar els investigadors a crear bateries amb més capacitat d’emmagatzematge; i superconductors a alta temperatura, que es podrien utilitzar per a nous catalitzadors que poguessin convertir i optimitzar fonts alternatives de combustible. La computació quàntica es podria utilitzar per a la modelització del clima, per exemple, per trobar ubicacions potencials del flux de vent que ajudessin a dissenyar noves fonts d'energia eòlica. Es requeriria recopilar dades històriques i implementar-les en determinats models.

Les aplicacions d’informàtica quàntica, són ideals per a aquests processos i ofereixen resultats calibrats i d’alta resolució amb dades reals. A més, aquestes aplicacions poden carregar les dades en sistemes d'informació geogràfica per obtenir les millors ubicacions per emplaçar les turbines eòliques.

Un altre impacte, encara més gran i immediat, es pot veure a les actuals xarxes intel·ligents. L’optimització de la millor font elèctrica fiable i disponible amb alta eficiència en sistemes de generació i transmissió d’energia en grans xarxes elèctriques mitjançant ordinadors actuals és costosa i gairebé impossible. Els actuals distribuïdors lluiten per esbrinar la millor manera de gestionar l’afluència de l’energia renovable. Actualment, els distribuïdors es conformen amb solucions que no són òptimes.

Els sistemes híbrids que combinen múltiples fonts d’energia renovables, són especialment difícils d’optimitzar. Per exemple, una xarxa que inclogui la generació d’energia eòlica i solar té l’avantatge de subministrar energia menys costosa sempre que hi hagi sol i vent. Però per satisfer les demandes energètiques dels clients a la nit o durant els dies de calma de vent, la xarxa ha de treure la potencia emmagatzemada o augmentar la producció d’energia d’altres recursos. Un sistema intel·ligent automatitzat,  podria fer un seguiment de la demanda, predir els pics de consum, coordinar l’emmagatzematge d’energia i gestionar els recursos de menara que, podria augmentar molt l’eficiència i així preparar el camí cap a una energia més barata i fiable.

A diferència dels actuals supercomputadors d’última generació, els ordinadors quàntics prometen poder realitzar aquesta optimització en temps real. Els investigadors de Microsoft ja s’estan enfrontant a les aplicacions de la xarxa creant un codi d’inspiració quàntica. Aquest codi s’assigna al maquinari informàtic convencional, però finalment es podria executar en un maquinari quàntic.

Al juny del 2018, els investigadors van anunciar que havien ideat un algorisme quàntic per al compromís de la unitat, un problema d’optimització que busca identificar els millors recursos generadors per funcionar en funció de les càrregues previstes, així com de les eficiències de la generació d’energia i les limitacions de la capacitat. El compromís de la unitat continua sent un dels problemes més importants en la gestió del sistema d’energia.

L’equip de Microsoft va demostrar el seu algorisme, que supera els solucions clàssics més potents. Quan els ordinadors quàntics estiguin disponibles i l'algorisme s'executi sobre ells, hi haurà un avantatge encara més gran.

EXPLORAR SOLUCIONS A DUBAI

En el 2019, l’empresa va formalitzar la seva xarxa quàntica, una coalició de grups i persones que treballaven en la tecnologia. Un membre és la Dubai Electricity and Water Authority (DEWA), que treballa estretament amb Microsoft per explorar solucions d’aplicacions energètiques inspirades en els quàntics.

DEWA, té accés a nous serveis d'inspiració quàntica al núvol Azure Quantum i pot utilitzar-lo per programar i provar algorismes. Després, la utilitat aplicarà les solucions per aconseguir impactes en el món real fins i tot abans que estigui disponible un maquinari quàntic. Qubit Engineering, una startup a Knoxville, Tennessee, utilitza Azure Quantum per simular la turbulència de l’aire al voltant dels rotors dels aerogeneradors. Els molins de vent que no es col·loquen correctament poden alterar el flux d’aire. Qubit utilitza un codi d’inspiració quàntica per calcular la ubicació òptima.

REPTES PER AVANT

Certament, la informàtica quàntica encara té molts obstacles per superar. La capacitat d'executar solucions inspirades en l'entorn quàntic en maquinari quàntic existeix avui a través dels socis de maquinari de Microsoft. Honeywell Quantum Solutions, per exemple, s'ofereix accés als seus sistemes quàntics d’ions atrapats, que aprofiten la mesura i la reutilització del qubit, cosa que permet als desenvolupadors escriure algorismes de manera impactant.

L’inici IonQ està desenvolupant un ordinador i un programari quàntic per generar, optimitzar i executar circuits quàntics. Amb l’accés basat en el núvol a través d’Azure Quantum, el sistema IonQ es pot utilitzar per accelerar la investigació per resoldre problemes de química, medicina, finances i logística.

Les solucions d’optimització i d’inspiració quàntica es poden utilitzar per augmentar la velocitat i la precisió dels algorismes que s’executen en ordinadors clàssics. La companyia canadenca 1QBit construeix programari agnòstic de maquinari que permet a les aplicacions beneficiar-se contínuament dels avenços tant en el maquinari quàntic com en el clàssic, especialment en l'àrea de les ciències dels materials.

David Reilly, de Microsoft, lidera un equip d’investigadors, inclosos alguns de la Universitat de Sydney, que ha desenvolupat un nou enfocament per resoldre el maquinari de l’ordinador quàntic. En lloc d’emprar un bastidor d’electrònica a temperatura ambient per generar impulsos de tensió per controlar qubits en una nevera d’usos especials la temperatura base de la qual és 20 vegades més freda que l’espai interestel·lar, van inventar Gooseberry, un xip de control. Es troba al costat del dispositiu quàntic i funciona  a la base de la nevera en les condicions extremes prevalentes.

L'equip també ha desenvolupat un nucli de crio-càlcul d'ús general que funciona a temperatures lleugerament més càlides comparables a les de l'espai interestel·lar, cosa que es pot aconseguir amb immersió en heli líquid. El nucli realitza els càlculs clàssics necessaris per determinar les instruccions que s’envien al Gooseberry que, al seu torn, alimenta els impulsos de tensió als qubits. Les noves tecnologies informàtiques clàssiques resolen les entrades / sortides associades al control de milers de qubits.

SALT SIGNIFICATIU

Les aplicacions d’informàtica quàntica, Impactaran molt la informàtica dels sistemes de elèctrics. Quan passarà? Depèn del progrés de la investigació, que finalment s’espera permetrà que els sistemes d’energia funcionin d’una manera completament diferent. La forma en què es generi l'electricitat, serà més barata i més neta. A més, la manera de distribuir l’energia serà més ràpida i senzilla.

Si es vol veure un futur amb una adaptació massiva dels ordinadors quàntics en els propers 20 anys, és important continuar invertint fortament en aquest camp, tal com ha fet Microsoft, per fer accessible la tecnologia a aquells que planifiquen el futur.

Font: IEEE Spectrum.