量子，釋放石油能量幾何？

谷晉/編譯

不斷成熟的量子計算技術，將在能源行業發揮重要的作用。

能源巨頭紛紛將目光投向量子計算領域。 供圖/視覺中國

近日，全球領先的量子計算服務公司——牛津量子電路公司宣布，能源巨頭雪佛龍旗下的雪佛龍技術風險投資公司正式加入其B輪融資，投資金額高達1億美元。這一重大投資不僅為牛津量子電路公司提供了強大資金支持，而且標志著能源行業在量子計算應用領域的深入探索。

據牛津量子電路公司官方聲明，該公司的技術將為石油和天然氣行業帶來諸多潛在的突破性機會。具體而言，量子計算有望在催化劑開發和優化、運輸和分銷網絡效率提高等方面發揮重要的作用。通過模擬復雜分子，量子計算有望加速該行業對新材料的發現和開發，進一步推動產品的低碳化進程。

能源巨頭紛紛入局

近年來，能源行業巨頭紛紛將目光投向量子計算領域，尋求利用這一前沿技術解決行業中的復雜挑戰。

國際咨詢公司GlobalData發布報告指出，盡管量子計算技術目前仍處于研發探索階段，但其在油氣行業的潛在應用案例非常多，可能在未來進一步擴大。

沙特阿美與法國量子技術開發商Pasqal公司的合作，就是一個典型例子。他們于2022年3月簽署諒解備忘錄，共同探索量子計算在能源領域的應用。Pasqal公司提供基于中性原子陣列的應用技術和量子領域專業知識，沙特阿美提供能源產業知識與產業環境。這項合作，不僅關注量子計算在能源領域的應用開發，而且涉及量子機器學習的開發。由于在全球能源領域率先使用量子計算，沙特阿美已經成為量子計算超越經典計算機優勢的早期受益者。

意大利能源巨頭埃尼集團也在2022年11月與Pasqal公司合作，共同開發下一代高性能計算解決方案。

總的來說，能源行業巨頭對量子計算技術的興趣不斷增長。他們希望通過與量子計算領域的領導者合作，推動量子計算在其業務中的應用，從而解決一些復雜的業務挑戰。隨著量子計算技術不斷發展和成熟，其將在能源行業發揮越來越重要的作用。

量子計算大有可為

量子計算具有超快的并行計算能力，可在極短時間內處理、分析油氣勘探中的海量數據，提高建模精度，使油氣業務更高效、更快、更安全。未來，量子計算不僅影響地質勘探和油藏模擬等涉及大量數據處理、分析和建模的領域，而且將給能源行業帶來顛覆性影響。

根據權威機構發布的量子計算在油氣行業上游領域地質方面的應用及研究，主要包括地球科學解釋工作、地震處理及二氧化碳捕集與封存三個方面。

20世紀80年代末以來，地震解釋已經發展到4D數據。一些機器學習方法已被用于解決許多地質難題。較成功的應用包括斷層/斷裂劃分、地層相分布、巖性分類等等。如今，機器學習所需的計算機能力和相關架構基本圍繞CPU和GPU配置、高性能計算和云計算進行。利用量子計算機挖掘機器學習過程中的潛力，有望將眾多不同類型的機器學習和數字孿生應用結合在一起。

目前，油氣行業對計算機能力的最大需求是3D疊前深度偏移地震處理。隨著量子計算機和相關新處理算法的發展，計算機能力的限制將放寬。利用這些新技術，可以將地球成像為異性的彈性固體。如果量子計算能使地震處理取得進步，那么地震采集和設計必須隨之發展。人工智能技術與量子計算結合是一種獨特的組合，可分析和識別各種沉積盆地的地震反射模式。

地質封存涉及將液態二氧化碳注入深層多孔巖石，然后對巖石系統進行監測，以確保注入的二氧化碳在所處巖層保持液態。量子計算在二氧化碳封存中變得至關重要的因素，是收集、處理和解釋嚴格的二氧化碳監測所需數據時間范圍。在監測封存二氧化碳方面，有一項重要概念是“二氧化碳封存必須是永久性的”。這意味著，對全球每個二氧化碳封存點的監測必須跨越數千年。可以說，監測每個二氧化碳封存點所積累的數據量，超出地球科學家所經歷的規模。因此，量子計算對于管理和利用二氧化碳封存活動至關重要。

量子計算前景廣泛

GlobalData在報告中強調，量子計算等新計算機策略的重要性不言而喻。

盡管量子計算在地下評估中展現了廣泛的應用前景，但面臨諸多挑戰。最大的困難是，開發能夠有效解決地質解釋問題的量子算法。這項任務不僅要求具備量子計算的專業知識，而且需要深入了解地球物理學的復雜原理。

當前的量子硬件仍處于初級階段。量子比特數有限，且錯誤率較高。這在一定程度上限制了量子計算在地震分析等大規模問題中的應用。

盡管面臨挑戰，量子計算和地震分析領域還是取得了一些令人矚目的進展。例如，IBM的研究人員在2019年為全波形反演開發了一種量子算法。盡管該算法在同一問題上尚未超越經典算法，但無疑展示了量子計算在地震分析中的巨大潛力。研究人員為射線追蹤方法開發了一種受量子啟發的算法，并在合成數據上取得了令人鼓舞的成果。

為了滿足未來石油和天然氣資源勘探開發、碳捕集與封存，以及尋找地熱能、氦氣和氫氣等新能源的需求，提升計算機性能至關重要。量子計算憑借其獨特的量子力學效應，有望同時處理數百萬個計算，為能源行業帶來前所未有的變革。

責任編輯：曲紹楠