文丨浪味仙 排版丨浪味仙
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内容提要
IonQ 公司正利用量子计算的力量，为解决电力行业最复杂的挑战之一，即“机组组合”问题提供新方案。该问题旨在以最低成本，决定何时启动哪些发电机组来满足全天候的电力需求预测。近日，IonQ 与橡树岭国家实验室（ORNL）合作，成功演示了如何利用量子-经典混合系统来解决电力生产调度中的“机组组合问题”（Unit Commitment）。
总部位于马里兰州的 IonQ 公司近日宣布，其已成功应用量子-经典混合系统优化电力生产调度问题，该问题在行业中被称为“机组组合问题”（Unit Commitment）。据介绍，在与橡树岭国家实验室及美国能源部合作的项目中，IonQ 使用其 36 量子比特的 Forte Enterprise 量子计算机，并结合经典计算资源，对 26 台发电机在 24 个时间段内的运行排程进行了优化，探索了全新解决方案。
所谓“机组组合问题”，是指如何在满足未来电力需求的前提下，以最低成本确定哪些发电站应在何时启动运行。随着电网中越来越多地引入太阳能、风能等可再生能源，这一问题变得愈加复杂，因为这类能源的发电量具有较强的不确定性。与此同时，电网还需协调核电和天然气等传统能源的供给能力，一旦发电调度出现时机上的偏差，就可能造成电力供应过剩或短缺，从而带来高昂的经济成本。
IonQ 的这项工作是美国能源部（DOE）主导的 GRID-Q 项目的一部分，标志着量子计算工具首次在现实能源系统中取得重要应用进展。该项目由橡树岭国家实验室牵头，联合学术界和私营企业伙伴共同推进，IonQ 是唯一参与该多年度项目的两家量子技术公司之一，项目目标是开发面向电网优化的可扩展量子算法。
IonQ 表示，其研究成果验证了使用量子设备解决传统上依赖复杂经计算模型的电网调度问题的可行性。橡树岭实验室指出，这项测试表明，随着量子技术持续进步，离子阱量子设备未来有望在电网管理中发挥实际作用。研究团队计划在 IonQ 系统不断扩容的过程中，持续推进相关方法的测试验证。
IonQ 首席执行官 Niccolo de Masi 在声明中表示：“此次演示是量子计算在现实能源挑战中迈出的关键一步。我们非常自豪能够与橡树岭国家实验室及能源部合作，共同参与这项具有开创性的工作。随着我们的系统扩展至数千、甚至上百万个量子比特，我们有望在电网优化这一领域解决传统计算所无法应对的挑战。”
根据美国能源信息署的数据，美国当前超过 60% 的发电能源在到达终端用户前即已损耗，因此电力调度与系统优化的改进，将成为降低损耗、实现节能的重要突破口。IonQ 预计到 2026 年，其系统将具备 100-200 个高精度量子比特的能力，届时将能够以更高精度解决电网层级的机组组合问题。
除了 IonQ 的研究外，量子计算在电力系统优化领域的探索其实一直在持续深入。今年 6 月，广西大学的高放教授团队联合北京玻色量子，提出一种基于共识的分布式量子分解算法，用于解决含最优传输切换的安全约束机组组合问题。这项研究不仅关注传统意义上的发电机组启停，更进一步将电网拓扑结构优化（即输电切换）纳入考量，以提升电网的安全性与灵活性，成果已发布在国际知名期刊《Advanced Quantum Technologies》上。该研究利用相干光量子计算机真机进行了求解，在测试算例中取得了优于经典算法的表现。
上述两项前沿研究都涉及机组组合问题，但具体而言，IonQ 研究的是传统机组组合问题，旨在最低成本满足电力需求，而高放教授团队的研究则更近一步，不仅要决定机组的启停，还要优化电网的拓扑结构（即切换输电线路），以满足安全约束，这使得问题的复杂性更高。整体来看，两项研究可看做是量子计算在电力系统优化领域不同方向上的探索，共同证明了量子计算在解决这些复杂问题上的潜力。
除了能源领域，IonQ 表示，此次展示的优化技术同样可应用于物流、金融建模和制造业等行业，这些领域同样面临大规模调度与资源分配等核心挑战。
据了解，这一最新进展是在 IonQ 与橡树岭国家实验室既有合作的基础上展开的，此前双方已在量子算法开发、抗噪声计算技术以及硬件设计方面建立起了合作关系，IonQ 还参与了一项价值 2200 万美元的合作项目，与美国田纳西州查塔努加市电力局（EPB）携手，利用量子技术提升电网运行效率。
IonQ 表示，其目标是在 2030 年前实现具备 200 万个量子比特的量子计算机，这一目标远超当前几十量子比特的系统能力。此外，公司还计划在量子网络技术及未来量子互联网的构建中发挥主导作用。
“此次由橡树岭国家实验室与 IonQ 合作完成的案例研究，展示了量子计算设备解决电网机组组合问题的可行性。”橡树岭国家实验室项目负责人 Suman Debnath 表示，“随着量子设备的规模不断扩展，后续研究也将评估该应用是否能够在性能上实现真正的量子优势。”
Reference：1、https://thequantuminsider.com/2025/07/31/ionq-partners-with-oak-ridge-national-laboratory-demonstrating-quantum-power-grid-optimization/
2、https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/qute.202500241