量子计算发展迅速。公用事业公司准备好了吗？

当今量子计算领域的公用事业工作有一个关键目标：避免像电力行业面对人工智能时那样，在量子计算对整体电力需求及其特殊负荷曲线的影响上措手不及。

电力研究院开放电力人工智能与量子部门主任杰里米·伦肖表示，量子计算利用量子力学原理，以经典计算机无法实现的方式处理信息。他补充说，量子计算增加了新的计算能力，对经典计算形成补充。

这些能力可以降低人工智能数据中心的用电量、改善网络安全并优化电力系统调度。 

伦肖说：“在不久的将来，对于量子计算具有优势的特定问题，如大规模优化和材料科学，它能提供多项式甚至指数级的加速。从长远来看，量子计算将成为解决大规模问题的首选工具。”

根据 麦肯锡四月市场报告，量子计算正达到“商业临界点”。全球已有超过300家公司开始尝试这项源于量子物理的复杂技术，2025年对初创企业的投资达到126亿美元——是2024年投资额的六倍。 

尽管专家们认同量子计算有潜力推动能源领域的进步，但他们表示其负荷曲线仍不确定，这对电力公用事业构成了特殊挑战。

杜克能源是正在努力了解量子计算能耗及其潜力的公用事业公司之一。

“公用事业公司日常需要平衡涉及发电、输电、需求、天气、监管约束和客户影响等数千个相互关联的变量，” 杜克能源能源战略与先进计算首席企业架构师伊苏鲁·维杰孙达拉在给Utility Dive的电子邮件中表示。

他表示，优化如此高度复杂的计算将为公用事业公司创造重要价值。

更多电力需求？

电力行业的任何人首先会问的问题是，量子计算是否会给本已承压的美国电力系统带来另一波需求激增。

“这种负荷特征与公用事业公司以往规划过的任何情况都不同，” 电力行业硬件和软件供应商施耐德电气能源管理部门首席战略与可持续发展官阿帕娜·普拉巴卡尔表示。她补充说，这需要全天候低温冷却至接近绝对零度，并叠加增量工作负载的额外层级。

普拉巴卡尔表示，规划者必须“建设更智能的基础设施”，因为仅靠增加变电站无法应对这种新的负荷特征。她说，软件定义的电力系统可以让公用事业公司实时查看、协调并降低新负荷及新负荷特征带来的风险。

尽管这项技术仍处于新兴阶段，Prabhakar认为量子数据中心在可靠性和电能质量方面的要求“至少与传统数据中心负载一样严格”， 即使总电力需求要低得多。

并非所有人都完全认同这一观点。

“对于那些大规模计算而言，量子计算的处理器功耗相对较小，”Renshaw表示。尽管许多量子计算模式需要约15千瓦的冷却系统功率来使某些组件达到并保持在接近绝对零度的状态，但“与GW级数据中心中AI训练所消耗的能量相比，冷却数百万离子或原子所需的能量极其微小，”他说道。

虽然Prabhakar和Renshaw对量子计算负载特性的发展看法有所不同，但他们都认为，鉴于其对电网的潜在影响，公用事业公司应尽早参与相关标准的讨论。

公用事业公司现已着手量子技术

量子计算仍是一项新兴技术，但麦肯锡表示，商业领袖们不能忽视它。该公司补充道，那些建立能力并测试用例的公司，最有可能在量子技术预计于2030年代创造的高达2.7万亿美元经济价值中分得一杯羹。

麦肯锡识别出超过300家组织，从医疗技术和制药到金融服务、能源和材料科学，包括空中客车、E.ON和摩根大通，正在与量子技术公司合作。量子计算公司在2025年全球收入超过10亿美元——到2028年可能增长至高达44亿美元，报告称。

试点项目在 EPB，查塔努加的市政公用事业公司，以及电力合作社 中田纳西电力公司，已经开始研究使用量子计算进行电力系统优化。

与私营部门量子计算领导者等合作伙伴 IonQ、橡树岭国家实验室和田纳西大学合作，EPB自2023年起已拥有一个 量子通信网络 ，Patrick Swingle表示，他是 EPB量子系统和战略计划经理。 今年晚些时候将安装一台 具有36个逻辑量子比特的量子计算机 ，他补充道。

EPB将使用量子计算来规划其20万个计量表和112个变电站馈线上150个电池的位置和调度，Swingle表示。它还将优化电池充放电规划，用于供需和峰值负荷预测，并为公用事业公司未来随着负荷和天气变化进行实时调度做好准备，他补充道。

EPB最初将使用基于 NVIDIA的CUDA-Q平台 构建的量子与经典计算混合系统，该系统允许在QPU、GPU和CPU之间协同工作，Swingle表示。

MTE正在与类似的合作伙伴以及中田纳西州立大学的 QRISE中心，该公用事业公司的首席运营官布拉德·吉布森表示。他补充说，最初的兴趣在于网络安全，但与EPB一样，该公司现在正在探索量子技术对其即将在其365,000个电表、2,200平方英里服务区域内配备的82个或更多电池的潜在应用。

“这是一个试探性的时刻，可以以受控的方式展示量子的机遇和风险，以及其对可负担性和可靠性的潜在影响，”吉布森说。

其他公用事业公司也在关注此事。

联邦爱迪生公司于2025年高调宣布 ，该公司正在为伊利诺伊量子与微电子园区供电， 该园区位于芝加哥南区前美国钢铁南厂旧址，占地128英亩，耗资数十亿美元，将致力于量子技术和微电子创新。

该园区由伊利诺伊大学董事会旗下的一家研究机构管理和运营，其主力租户PsiQuantum计划在该园区安置第一台公用事业规模的纠错量子计算机。其他租户包括 IBM和Infleqtion。

公告称，联邦爱迪生公司正在提供“支持公用事业规模量子计算所需的高级能源基础设施，包括低温冷却系统和电网增强设施。”

联邦爱迪生公司总裁兼首席执行官吉尔·基尼奥内斯在新闻稿中表示，量子技术在推动包括能源在内的主要经济领域实现突破方面具有“非凡的潜力”。

星座能源公司也在支持该园区内专注于以下领域的研究 量子计算在能源领域的应用案例，包括核反应堆燃料组件， 根据 4月的一份声明.

在给Utility Dive的一封电子邮件中，Constellation发言人David Snyder表示，量子计算系统预计将需要相对适度的电力，且在可预见的未来不太可能对电力需求产生实质性影响。

Duke Energy正在与 IBM Quantum 及其他机构合作，随着技术发展构建“基础量子素养”，Wijesundara表示。

他补充说，对于公用事业而言，这是“我们所能做出的风险最低、价值最高的投资之一”，涉及“可能具有变革性”的技术。

什么是量子计算？

EPRI的Renshaw表示，量子计算不使用计算机代码中的0和1，而是使用量子比特，通过量子力学原理，量子比特可以同时以0和1的状态存在。 

他补充说，量子比特使量子计算机能够在“庞大的解空间中同时工作，从而指数级地加速问题求解”。

物理学家对粒子为何能同时处于两种状态存在广泛分歧，最大共识也仅有36%的受访者认同， 根据2025年《自然》杂志的一项民意调查但量子力学原理自1927年以来已 得到实验验证 ，物理学家已为其找到了重要应用场景，如激光技术，《自然》杂志指出。

专家表示，对于懂得如何运用量子计算的人来说，其影响将可能是在整个经济领域带来范式转变的解决方案，但在每个行业中，仅针对相对较小的一组挑战。

EPRI的Renshaw表示，量子计算利用光子、离子和原子等粒子作为“量子比特”来存储量子信息。但他补充说，在当今的“含噪声中等规模量子”计算中，量子比特很脆弱，经常丢失量子信息并导致错误。

Renshaw表示，为了防止错误，研究人员从多个物理量子比特中形成“逻辑”量子比特，这些逻辑量子比特“表现得像一个稳定、可靠的量子比特”。 

正是这些逻辑量子比特使得更精确的“容错量子计算”得以出现。他补充说，因此，量子计算正在实现近乎指数级的改进，其成熟速度将远快于经典计算。

Renshaw表示，他预计市场转折点将在2028年至2030年左右到来，届时量子处理单元（QPU）能够处理100个逻辑量子比特。他说，这种精确的量子计算能力可以用于优化微电网或小型服务区域。

Hyperion Research量子计算首席分析师Bob Sorensen在 Latitude Media的Catalyst播客7月16日那一期节目中 表示，约有85家公司正在争夺成为量子计算硬件供应商。这还不包括那些探索如何使用该硬件的研究中心或公用事业公司。

然而，他提醒说，显著的性能提升可能还需要四年时间，而广泛应用可能还需要十年。他补充说，有抱负的量子硬件供应商可能会倒闭，这可能会减缓技术投资和进展。

来自施耐德的Prabhakar表示，尽管量子计算尚未实现大规模商业化，但近期未来将包含AI CPU、GPU与量子计算QPU相结合的混合计算。 

她表示，AI将继续“在更多应用场景中释放价值”，而量子计算将在“其他工具都无法奏效的高风险、计算上难以处理的问题”中释放价值。

 

网络安全威胁、成本及其他不确定性

除了其前景之外，量子计算也构成威胁。能源技术公司Landis+Gyr表示，它将使目前使用的加密方法“过时”， 该公司在2025年底写道.

“最快到2030年，一台足够强大的量子计算机就能在几分钟内破解这种加密，”该公司警告道。

施耐德的Prabhakar表示，鉴于量子网络安全问题即将对电力系统构成威胁，NIST于2024年最终确定了 后量子密码标准 。她补充说，公用事业公司必须立即行动以满足这些标准，因为“等待不是站得住脚的姿态”。 

她表示，除了网络安全之外，优化实时调度是最有可能首先达到“每有用解决方案能耗”指标的应用场景，该指标将定义量子计算对公用事业公司的价值。 她补充说，正如AI现在以每瓦特令牌数来衡量一样，量子计算也将以“总系统能耗成本”下是否可行来衡量其是否值得部署。

Prabhakar继续说道，公用事业公司还必须规划基础设施以满足新的负荷需求，这“正是AI没有吸取的教训”。

尽管量子计算最终需要多少空间或能源需求仍不确定，但公用事业公司需要跟踪量子技术的发展，并将其转化为“规划流程内部”的基础设施决策，她表示。

施耐德的阿帕娜认为，量子计算如何演变为公用事业应用存在三个不确定性。

首先，公用事业公司不能因过早过度投入而浪费资源，但她们也绝不能重蹈在人工智能上忽视太久而犯下的错误，她表示。她们应该“现在就为基础设施决策构建可选性”，她补充道。

这种灵活性还将解决市场在当今相互竞争的“超导、离子阱、光子和中性原子”技术路线中最终选择的不确定性，普拉巴卡尔表示。

第三个不确定性是量子计算的电力需求，这正是公用事业公司需要参与电力使用标准早期讨论的原因，她补充道。

EPB的斯温格尔对此表示赞同。公用事业公司需要在 量子经济发展联盟中建立存在感，该联盟正在与政策制定者建立联系，他补充道。

但更重大且更迫切的需求是公用事业公司提前整理好数据以备使用，他表示，并补充说，如果公用事业公司没有现成可处理的数据，量子计算处理空前深度数据的能力将价值大减。

对杜克能源而言，量子计算最大的不确定性在于何时才能获得大规模、容错且经济上有利的系统。 维杰苏恩达拉表示，要开始推进规划和调度优化的开发工作。 

他表示：“硬件可扩展性、纠错能力、软件工具和算法成熟度仍是活跃的研究领域，”最具应用价值的场景也是如此。所有这些因素都将推动技术走向成熟，使公用事业公司能够利用量子计算来优化调度。

但伦肖表示，量子技术正在到来，而且来得很快。正如无人机、云计算和人工智能在上一个十年被视为遥不可及、如今却已成为常态一样，量子计算在2030年代也可能得到广泛部署并成为常态。