Notícia

Computadores quânticos podem se tornar em breve ferramenta crucial para modelar o complexo sistema de energia do futuro

Fonte

DTU | Universidade Técnica da Dinamarca

Data

sábado, 18 junho 2022 14:45

Áreas

Ciência de Dados. Computação. Energia. Engenharia Ambiental. Inovação. Negócios. Tecnologias.

Pesquisadores da Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) se tornaram os primeiros no mundo a usar um computador quântico para realizar cálculos da rede elétrica. Eles conseguiram fazer isso resolvendo o chamado problema do fluxo de carga, que tem a ver com a forma como a corrente é distribuída na malha da rede elétrica. O problema do fluxo de carga forma a base para uma grande quantidade de cálculos avançados na rede elétrica, o que não pode ser feito com os supercomputadores atuais.

Os resultados foram tão positivos que os pesquisadores agora investigarão como os computadores quânticos podem fornecer análises em tempo real da estabilidade de uma rede elétrica baseada em energia 100% renovável.

No entanto, como a energia vem cada vez mais de milhares de turbinas eólicas e sistemas fotovoltaicos, torna-se significativamente mais complexo calcular e garantir que a rede elétrica seja estável e os cabos e transformadores não fiquem sobrecarregados. Enquanto a produção de energia costumava ser concentrada em usinas individuais, que poderiam ser substituídas com relativa facilidade se uma usina parasse, agora ela ocorre em um número muito grande de turbinas eólicas e células solares, cuja produção de energia varia muito dependendo do clima.

Novos algoritmos por trás dos cálculos

Isso requer novas ferramentas e, portanto, os pesquisadores da DTU decidiram analisar as possibilidades oferecidas pelos computadores quânticos. Outros pesquisadores trabalharam com fluxo de energia usando computadores quânticos simulados, mas isso nunca foi feito em um computador quântico real antes.

“Queríamos investigar como o computador quântico pode ser usado para nos ajudar a modelar o sistema de energia cada vez mais complexo. Então, inicialmente, montamos um pequeno caso de teste, que executamos em quatro computadores quânticos diferentes para garantir que nossos resultados fossem válidos”, disse Brynjar Sævarsson, doutorando da DTU Wind and Energy Systems, que liderou os cálculos. A equipe usou os computadores quânticos relativamente pequenos com cinco qubits, que a IBM disponibilizou online.

Antes que os cálculos pudessem ser realizados nos computadores quânticos, foi necessário configurar novos algoritmos. A estrutura dos computadores quânticos com qubits, que podem ter um valor de 0, 1 ou 0 e 1 ao mesmo tempo, requer uma abordagem diferente para cálculos em um computador comum que opera apenas no modo binário, com 0 e 1.

“Além disso, os computadores quânticos ainda produzem muito ruído em relação aos cálculos. O ruído afeta a precisão dos resultados. E também os pequenos computadores de cinco qubits são comparativamente lentos. No entanto, nossos resultados não deixam dúvidas de que o computador quântico é uma ferramenta especializada que no futuro poderá ser essencial para partes dos cálculos que realizamos no sistema elétrico”, disse Brynjar Sævarsson.

Cálculos que computadores normais não fazem

Nos próximos anos, o pesquisador investigará, portanto, exatamente para quais cálculos o computador quântico pode ser usado. Inicialmente, a ideia é entregar as tarefas complexas – incluindo as muitas operações paralelas simultâneas, muitos valores diferentes e cálculos envolvendo incertezas – ao computador quântico. No entanto, isso primeiro requer um trabalho de desenvolvimento dos pesquisadores por trás dos cálculos quânticos no sistema de energia, bem como melhorias tecnológicas no computador quântico.

“Mas o desenvolvimento está se movendo rápido e tenho certeza de que no futuro faremos cálculos do sistema de energia onde os computadores quânticos terão um grande papel. Eles podem fazer coisas que os computadores normais não podem. Isso significa que podemos desenvolver as ferramentas necessárias para operar um sistema de energia seguro e estável baseado em energia renovável, e agora estou iniciando esse processo”, concluiu Brynjar Sævarsson.

A IBM e a DTU já iniciaram colaboração no projeto, e os próximos cálculos podem ser feitos em uma colaboração ainda mais próxima com a IBM e sua versão mais recente do computador quântico.

O trabalho foi aceito para publicação no 11th Bulk Power Systems Dynamics and Control Symposium (IREP 2022), que acontece entre 25 e 30 de julho de 2022 no Canadá. O artigo está disponível preliminarmente na plataforma arXiv.

Acesse o artigo científico completo na plataforma arXiv (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Técnica da Dinamarca (em inglês).

Fonte: Universidade Técnica da Dinamarca. Imagem: Divulgação, Universidade Técnica da Dinamarca.