Энергосети по всему миру сталкиваются с растущим давлением: прерывистые возобновляемые источники энергии усложняют потоки электроэнергии, а бум искусственного интеллекта поднимает спрос на беспрецедентные уровни. Балансировка переменных притоков и оттоков электроэнергии при одновременном удовлетворении растущих потребностей гиперскейлеров центров обработки данных потребует расширения и модернизации сетей в невиданных ранее масштабах.

Министерство энергетики США подчёркивает важность модернизации энергосетей, отмечая, что их обновление с применением передовых технологий, оборудования и систем управления, взаимодействующих друг с другом для более надёжной и эффективной подачи электроэнергии, может «значительно снизить частоту и продолжительность отключений, уменьшить последствия штормов и быстрее восстанавливать обслуживание при возникновении перебоев». ведомство также указывает, что коммунальные предприятия выигрывают от модернизации за счёт повышения безопасности, снижения пиковых нагрузок, более широкой интеграции возобновляемых источников энергии и сокращения операционных расходов.

Задача состоит в том, чтобы сеть работала умнее, а не тяжелее, — и Китай полагает, что ответ может крыться в квантовой механике. Ставки высоки: Китай эксплуатирует крупнейшую в мире энергосеть по установленной мощности, управляемую преимущественно Государственной электросетевой корпорацией Китая (State Grid Corporation of China) и обслуживающую более миллиарда человек на подавляющей части территории страны. Группа исследователей реализует экспериментальный проект на подстанции в Хэфэе, провинция Аньхой, тестируя, как квантовые технологии могут повысить устойчивость и надёжность энергосети. Хэфэй стал крупным центром квантовых исследований в Китае, здесь расположены такие учреждения, как Университет науки и технологий Китая и национальные лаборатории квантовой информации. Согласно сообщению Interesting Engineering, исследователи «используют квантовые датчики, защищённые каналы связи и вычисления для обнаружения неисправностей, повышения точности измерений и моделирования работы энергосетей».

С момента постройки в 2024 году подстанция служит площадкой для тестирования серии квантовых технологий, включая 18-месячные испытания квантовых датчиков, предназначенных для выявления дефектов и проблем в энергосети. Эти датчики на основе квантовых технологий способны фиксировать слабые электрические сигналы и мельчайшие колебания температуры и влажности в переключательном зале подстанции, тем самым защищая оборудование и потенциально выявляя и предотвращая отключения электроэнергии до их наступления.

Китай рассчитывает с помощью этих исследований устранить давние уязвимости в своей традиционной электросети, включая «задержки в мониторинге оборудования, погрешности измерений, риски безопасности данных и вычислительную нагрузку, связанную с анализом сложных энергосистем». По утверждениям исследователей, технология в конечном итоге сможет «сократить погрешности измерения электроэнергии на подстанции более чем на 500 000 киловатт-часов в год».

«Практика доказала, что квантовая технология — это не „витринный экспонат", а „надёжная опора" для обеспечения электроснабжения и стимулирования развития», — процитировали Tian Teng, исследователя из Anhui Electric Power Company, в издании Interesting Engineering.

Учёные по всему миру изучают, как квантовые технологии могут помочь в решении крупных проблем энергетического сектора. В прошлом году Нобелевская премия по физике была присуждена за новаторскую работу в области квантовой механики, что подчёркивает растущую значимость этой технологии.

New York Times на этой неделе сообщила о Нобелевской премии по физике 2025 года, написав, что «в промышленности и академической среде развернулась гонка за реализацией потенциала квантовых вычислений — странной и мощной технологии». Издание отметило как воодушевление, так и обеспокоенность, связанные с этой областью: «Настоящий квантовый компьютер мог бы ускорить прогресс в разработке лекарств или других научных исследованиях. Он также мог бы взломать шифрование, защищающее компьютеры, критически важные для национальной безопасности».

Квантовые технологии уже вносят вклад в исследования в области чистой энергии в различных условиях. В Институте науки Токио учёные использовали квантовые состояния для создания нового типа устройства сбора энергии, способного утилизировать энергию, теряемую в виде тепла при работе электроники и промышленного оборудования. В США исследователи из MIT недавно объявили о методе наблюдения так называемого «краевого состояния» электронов, при котором потери энергии отсутствуют, — открытии со значительным разрушительным потенциалом для технологического сектора. Между тем, достижения в области квантовых аккумуляторов обещают возможность непосредственного сбора энергии из источников света и зарядку во много раз быстрее по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторами.

Хотя все эти применения дают значительные надежды для глобального энергетического сектора, немногие из них так же остро необходимы, как модернизация энергосетей. В эпоху, определяемую сложными проблемами энергетической безопасности в глобальном масштабе, создание более интеллектуальных и надёжных энергосетей стало задачей международного приоритета.