人工智能與量子計算促成一個更智能電網“誕生”，可減小斷電風險

停電是我們在生活中最不愿意遇到的事情之一，當習以為常的電力消失，感覺又回到了“黑暗的”古代，社會也很可能陷入一片混亂之中。

造成停電的因素有很多，絕大部分都是由電網故障所引起。

近日，康奈爾大學的一項研究顯示，與人工智能相結合的量子計算能夠解決電網中人類難以注意到的各種疑難雜癥，并在幾秒內就給出故障的解決方法。該項研究預計將在今年12月發表在《應用能源》雜志上。

“能源電力系統故障的問題長期以來一直存在，如今仍然在用一些常規方式來解決它們。而借助人工智能和量子計算，可以讓電力系統變得更穩定可靠。”康奈爾大學工程學院能源系統工程教授尤峰崎說道。

尤峰崎也是此項研究《基于量子計算的混合深度學習用于電力系統故障診斷》的作者之一。

電力維修

他的研究領域主要集中在新穎的計算模型、優化算法、統計機器學習方法，以及智能制造、數字農業、能源系統和可持續性的多尺度系統分析工具等方面，目前已在Science、Nature Sustainability、Science Advances等雜志上發表了200多篇論文。

電力輸送常會因為風暴、倒塌的樹木、線路老舊等發生中斷。根據美國聯邦能源信息管理局的數據，2016年，美國用戶經歷了平均超過4小時的電力中斷，在2017年，這個數字上升到近8小時，到了2018年，用戶仍遭受了平均大約6小時的電力中斷。

該項研究首次提出了一種新型的準確發現電力系統中問題的混合解決方案，即在量子計算的基礎上，使用“智能系統”方法搭建一個“故障診斷框架”。

論文中提到，基于量子計算的深度學習方法在大規模IEEE測試電力系統中展示了其有效性和可擴展性，能在不損失性能的情況下對大型電力系統進行快速診斷。

與傳統的訓練方法相比，此混合方法在計算工作量和診斷性能方面具有較高的計算效率。在一個模擬電力系統上測試之后，該框架的適用性得到了驗證。

據了解，這項研究使用了美國能源部下屬橡樹嶺領導力計算設施的一定資源。橡樹嶺領導力計算設施旨在最大限度地提高科學應用性能的技術，并讓科學界和工程界參與，以促進科學和技術的進步。

橡樹嶺領導力計算設施可通過建模和模擬進行一系列的研究，它最大的一臺超級計算機由IBM制造，名為Summit，在2018年6月的“世界最快超級計算機500強排行榜”上名列第一。

“雖然量子計算技術還不是很成熟，但如果將它與人工智能相結合，就能夠解決一些切實的問題。”論文另一作者阿克謝·阿杰卡爾說道。

他進一步表示，“我們承擔不起電網癱瘓的代價。現在可以利用傳感器等手段解決部分問題，但這些還遠遠不夠，我們需要更有效率的方法，不說幾天的電力中斷，幾小時，甚至幾分鐘的中斷所付出的代價都是異常昂貴的。這也是快速故障診斷方法在電力系統中如此重要的原因。”

我們無法想象沒有電的世界會是什么樣的，在某些情況下，電力等同于生命維持系統，能多快解決一秒也會挽救很多事情。

據了解，量子計算是一種利用量子態的疊加、干涉和糾纏等集合屬性進行計算的計算方法;而人工智能研究的各個子領域都圍繞著特定的目標和特定工具的使用，傳統目標包括推理、知識表示、規劃、學習、自然語言處理、知覺以及移動和操作對象的能力。

量子計算和人工智能的結合也是目前很熱門的前沿領域，有望催生各個領域的重大進步。從某些角度看，兩者的結合，將突破我們的想象邊際。

尤峰崎和阿杰卡爾相信量子計算和人工智能的結合會是大部分電力系統故障的解決之道。

尤峰崎說：“電力系統是我們現代世界的支柱，量子技術和人工智能的結合會進一步改變我們的日常生活。”

值得一提的是，2020年12月，尤峰崎和阿杰卡爾還聯合發表了一篇論文《量子計算輔助深度學習用于工業過程系統的故障檢測和診斷》，并在此之前進行了相關專利的申請。（綜合整理報道）（編輯/諾伊克）