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(shù)，將在能源行業(yè)發(fā)揮重要的作用。

能源巨頭紛紛將目光投向量子計算領(lǐng)域。 供圖/視覺中國

近日，全球領(lǐng)先的量子計算服務(wù)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(shù)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(yè)在量子計算應(yīng)用領(lǐng)域的深入探索。

據(jù)牛津量子電路公司官方聲明，該公司的技術(shù)將為石油和天然氣行業(yè)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(fā)和優(yōu)化、運輸和分銷網(wǎng)絡(luò)效率提高等方面發(fā)揮重要的作用。通過模擬復(fù)雜分子，量子計算有望加速該行業(yè)對新材料的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，進一步推動產(chǎn)品的低碳化進程。

能源巨頭紛紛入局

近年來，能源行業(yè)巨頭紛紛將目光投向量子計算領(lǐng)域，尋求利用這一前沿技術(shù)解決行業(yè)中的復(fù)雜挑戰(zhàn)。

國際咨詢公司GlobalData發(fā)布報告指出，盡管量子計算技術(shù)目前仍處于研發(fā)探索階段，但其在油氣行業(yè)的潛在應(yīng)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(shù)開發(fā)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(lǐng)域的應(yīng)用。Pasqal公司提供基于中性原子陣列的應(yīng)用技術(shù)和量子領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，沙特阿美提供能源產(chǎn)業(yè)知識與產(chǎn)業(yè)環(huán)境。這項合作，不僅關(guān)注量子計算在能源領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)，而且涉及量子機器學(xué)習(xí)的開發(fā)。由于在全球能源領(lǐng)域率先使用量子計算，沙特阿美已經(jīng)成為量子計算超越經(jīng)典計算機優(yōu)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(fā)下一代高性能計算解決方案。

總的來說，能源行業(yè)巨頭對量子計算技術(shù)的興趣不斷增長。他們希望通過與量子計算領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者合作，推動量子計算在其業(yè)務(wù)中的應(yīng)用，從而解決一些復(fù)雜的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)。隨著量子計算技術(shù)不斷發(fā)展和成熟，其將在能源行業(yè)發(fā)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(nèi)處理、分析油氣勘探中的海量數(shù)據(jù)，提高建模精度，使油氣業(yè)務(wù)更高效、更快、更安全。未來，量子計算不僅影響地質(zhì)勘探和油藏模擬等涉及大量數(shù)據(jù)處理、分析和建模的領(lǐng)域，而且將給能源行業(yè)帶來顛覆性影響。

根據(jù)權(quán)威機構(gòu)發(fā)布的量子計算在油氣行業(yè)上游領(lǐng)域地質(zhì)方面的應(yīng)用及研究，主要包括地球科學(xué)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(jīng)發(fā)展到4D數(shù)據(jù)。一些機器學(xué)習(xí)方法已被用于解決許多地質(zhì)難題。較成功的應(yīng)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(xué)習(xí)所需的計算機能力和相關(guān)架構(gòu)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(xué)習(xí)過程中的潛力，有望將眾多不同類型的機器學(xué)習(xí)和數(shù)字孿生應(yīng)用結(jié)合在一起。

目前，油氣行業(yè)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(guān)新處理算法的發(fā)展，計算機能力的限制將放寬。利用這些新技術(shù)，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(shè)計必須隨之發(fā)展。人工智能技術(shù)與量子計算結(jié)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(zhì)封存涉及將液態(tài)二氧化碳注入深層多孔巖石，然后對巖石系統(tǒng)進行監(jiān)測，以確保注入的二氧化碳在所處巖層保持液態(tài)。量子計算在二氧化碳封存中變得至關(guān)重要的因素，是收集、處理和解釋嚴格的二氧化碳監(jiān)測所需數(shù)據(jù)時間范圍。在監(jiān)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(jiān)測必須跨越數(shù)千年?？梢哉f，監(jiān)測每個二氧化碳封存點所積累的數(shù)據(jù)量，超出地球科學(xué)家所經(jīng)歷的規(guī)模。因此，量子計算對于管理和利用二氧化碳封存活動至關(guān)重要。

量子計算前景廣泛

GlobalData在報告中強調(diào)，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(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景，但面臨諸多挑戰(zhàn)。最大的困難是，開發(fā)能夠有效解決地質(zhì)解釋問題的量子算法。這項任務(wù)不僅要求具備量子計算的專業(yè)知識，而且需要深入了解地球物理學(xué)的復(fù)雜原理。

當前的量子硬件仍處于初級階段。量子比特數(shù)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(guī)模問題中的應(yīng)用。

盡管面臨挑戰(zhàn)，量子計算和地震分析領(lǐng)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(fā)了一種量子算法。盡管該算法在同一問題上尚未超越經(jīng)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(fā)了一種受量子啟發(fā)的算法，并在合成數(shù)據(jù)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(fā)、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(guān)重要。量子計算憑借其獨特的量子力學(xué)效應(yīng)，有望同時處理數(shù)百萬個計算，為能源行業(yè)帶來前所未有的變革。

責任編輯：曲紹楠