Energienetten wereldwijd staan onder toenemende druk doordat intermitterende hernieuwbare energiebronnen de elektriciteitsstromen compliceren en de opkomst van kunstmatige intelligentie de vraag naar ongekende hoogten drijft. Het balanceren van variabele instroom en uitstroom van elektriciteit, tegelijkertijd voldoend aan de stijgende behoeften van grootschalige datacenterexploitanten, zal netuitbreiding en -verbetering vereisen op een schaal die nog niet eerder is vertoond.

Het Amerikaanse Ministerie van Energie heeft de nadruk gelegd op het belang van netmodernisatie en stelt dat het upgraden van het net naar een "slimmeer" en veerkrachtiger systeem door middel van geavanceerde technologieën, apparatuur en besturingssystemen die met elkaar communiceren en samenwerken, "de frequentie en duur van stroomstoringen aanzienlijk kan verminderen, de impact van stormen kan beperken en de service sneller kan herstellen wanneer storingen optreden." Het agentschap merkt ook op dat nutsbedrijven profiteren van modernisatie door verbeterde beveiliging, lagere piekbelastingen, grotere integratie van hernieuwbare energie en lagere operationele kosten.

Het doel is om het net slimmer in plaats van zwaarder te laten werken, en China denkt dat het antwoord wellicht ligt in de kwantummechanica. De inzet is aanzienlijk: China beheert 's werelds grootste stroomnet qua geïnstalleerde capaciteit, voornamelijk beheerd door de State Grid Corporation of China, dat ruim een miljard mensen bedient in het overgrote deel van het land. Een team van onderzoekers voert een verkennend project uit op een onderstation in Hefei, provincie Anhui, om te testen hoe kwantumtechnologieën de veerkracht en betrouwbaarheid van het net kunnen versterken. Hefei is uitgegroeid tot een belangrijk centrum voor kwantumonderzoek in China, met instellingen zoals de University of Science and Technology of China en nationale laboratoria voor kwantuminformatie. Volgens een rapport van Interesting Engineering gebruiken de onderzoekers "kwantumsensoren, beveiligde communicatie en computing om storingen op te sporen, metingen te verbeteren en netwerkingen te modelleren."

Sinds de bouw in 2024 fungeert het onderstation als testlocatie voor een reeks kwantumtechnologieën, waaronder een proef van 18 maanden met kwantumsensoren die zijn ontworpen om defecten en problemen in het stroomnet op te sporen. Deze met kwantumtechnologie uitgeruste sensoren kunnen zwakke elektrische signalen en minimale schommelingen in temperatuur en luchtvochtigheid in de schakelruimte van het station detecteren, waardoor apparatuur wordt beschermd en stroomstoringen mogelijk worden geïdentificeerd en voorkomen voordat ze optreden.

China wil door dit onderzoek langdurige kwetsbaarheden in haar conventionele elektriciteitsnet aanpakken, waaronder "vertraagde apparatuurbewaking, meetfouten, risico's op het gebied van gegevensbeveiliging en de rekenkracht die nodig is voor de analyse van complexe energiesystemen." Onderzoekers beweren dat de technologie uiteindelijk "de meetfouten in elektriciteit op het onderstation met meer dan 500.000 kilowattuur per jaar zou kunnen verminderen."

"De operatie heeft bewezen dat kwantumtechnologie geen 'etalagestuk' is, maar een 'harde steunpilaar' voor het waarborgen van de stroomvoorziening en het bevorderen van ontwikkeling," aldus Tian Teng, een onderzoeker bij Anhui Electric Power Company, geciteerd door Interesting Engineering.

Wetenschappers over de hele wereld onderzoeken hoe kwantumtechnologieën de grootste uitdagingen in de energiesector kunnen aanpakken. Vorig jaar werd de Nobelprijs voor Natuurkunde toegekend voor baanbrekend werk op het gebied van kwantummechanica, wat het groeiende belang van de technologie onderstreept.

De New York Times berichtte deze week over de Nobelprijs voor Natuurkunde 2025 en schreef dat "er een race gaande is in industrie en academische wereld om de belofte van kwantumcomputing, een vreemde en krachtige technologie, waar te maken." De krant benadrukte zowel de opwinding als de bezorgdheid rondom het vakgebied: "Een echte kwantumcomputer zou de vooruitgang in geneesmiddelenontdekking of ander wetenschappelijk onderzoek kunnen versnellen. Het zou ook de versleuteling kunnen kraken die computers beschermt die van vitaal belang zijn voor de nationale veiligheid."

Kwantumtechnologieën dragen al bij aan onderzoek naar schone energie in meerdere settings. Aan het Institute of Science Tokyo gebruikten wetenschappers kwantumtoestanden om een nieuwe energieharvester te ontwerpen die in staat is energie terug te winnen die verloren gaat als warmte van elektronica en industriële machines. In de Verenigde Staten kondigden onderzoekers van MIT onlangs een methode aan om een zogenaamde "randtoestand" van elektronen te observeren die resulteert in nul energieverlies, een ontdekking met aanzienlijk disruptief potentieel voor de technologiesector. Ondertussen laten doorbraken in kwantumbatterijen veelbelovende resultaten zien voor het direct oogsten van energie uit lichtbronnen en het veel sneller opladen dan conventionele lithium-ionbatterijen.

Hoewel deze toepassingen aanzienlijke belofte houden voor de wereldwijde energiesector, zijn er weinig zo dringend nodig als netmodernisatie. In een tijdperk dat wordt gekenmerkt door complexe uitdagingen op het gebied van energiebeveiliging op wereldschaal, is het bouwen van slimmere en betrouwbaardere energienetten een kwestie van internationale prioriteit geworden.