量子計算是一種新興的、強大而有前途的且能快速解決復雜問題的新力量，美國能源部國家實驗室NETL的專家正準備將量子計算投入到關鍵能源的研究課題上，以實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)和能源應用的無限未來。

量子計算是使用量子力學原理篩選大量可能性方案來解決復雜問題，比傳統(tǒng)計算機速度要高得多，并且能耗更低。

傳統(tǒng)計算機將信息存儲為0或1，而量子計算機使用0和1的疊加態(tài)，稱為量子比特。量子比特可以攜帶量子態(tài)的信息，以多維方式疊加0和1。

量子計算的潛力在不斷增長，有望在廣泛的領域揭開科學奧秘，從而為安全和情報、藥物設計、航空航天工程、機器學習、數(shù)字制造和其他數(shù)十個需要解決復雜問題的領域帶來新的解決方案。

NETL的Hari Paudel博士是NETL的量子能源系統(tǒng)和技術（QUEST）工作組的關鍵成員，他在量子信息科學（QIS）的活動中提及，量子計算將是加速能源項目研究的正確工具，例如推動更有效的清潔能源技術迭代。

9月，Paudel參加了由電氣和電子工程師協(xié)會 (IEEE) 組織的研討會，他在會上討論了將量子計算和模擬用于材料化學和能源技術開發(fā)優(yōu)化的潛力。IEEE是世界上最大的致力于推動技術發(fā)展的專業(yè)技術組織。

Paudel說：“在未來幾十年，QIS將深刻地改變科學和工程，它將使研究人員能執(zhí)行當今不可能完成的任務，例如尋找大量素因子或定義復雜化學系統(tǒng)中的反應機制?！?/p>

他指出，將成為量子計算應用主題的特定能源研究領域包括：地下工程、創(chuàng)建新的更高效的傳感器和檢測器、發(fā)電廠設計、二氧化碳吸附劑和溶劑的開發(fā)、儲能材料的創(chuàng)建、電網(wǎng)改進、石油和天然氣管道創(chuàng)新、網(wǎng)絡安全改進、高性能材料開發(fā)以及電廠運行和控制改進。

為了應對量子計算對能源研究的未來影響，NETL推出了QUEST，將QIS應用于化石能源技術開發(fā)。除了Paudel，NETL QUEST的成員還有Yuhua Duan、Dominic Alfonso、Yueh-Lin Lee、Scott Crawford 和Gary Lander，以及匹茲堡大學的專家。

QUEST成立了一個工作組，為實驗室和美國能源部化石能源和碳管理辦公室（FECM）開發(fā)、審查、管理量子計算相關技術并提供建議。小組成員及其主管正在制定培訓策略，在1到3年內(nèi)，培養(yǎng)提出、執(zhí)行和管理研究項目的能力。

Paudel補充說，NETL的量子傳感項目正在尋求近期研究和開發(fā)機會，如可能影響FECM任務的量子傳感材料。例如，用于地下監(jiān)測、天然氣基礎設施監(jiān)測和稀土元素檢測的量子傳感材料。

他說，NETL很早就規(guī)劃了量子計算在能源研究領域的應用。早在 2019年，NETL領導人就召開了化石能源量子信息科學與技術研討會，來自各個領域的專家首次匯聚一堂，交流信息，探索量子計算的潛在研究機會，以推進化石能源研究項目。

全球的研究人員都在期待量子計算“進化”的最后階段，因為量子計算機比經(jīng)典計算機甚至超級計算機快很多倍，但需要很長時間才能建成。IBM計劃在明年年底前部署一臺1,000量子比特的量子計算機，目前允許其量子網(wǎng)絡的部分研究機構訪問其量子計算機。

NETL是美國能源部的國家實驗室，它對QIS的出現(xiàn)進行了多年規(guī)劃，并積累了數(shù)十年的能源研究專業(yè)知識和成功經(jīng)驗，這使其研究人員能夠積極努力地致力于發(fā)展量子計算，以推動創(chuàng)新，并為環(huán)境可持續(xù)和能源應用的無限未來提供解決方案。

文章參考鏈接：

https://netl.doe.gov/node/12193

編譯：卉可

編輯：慕一