Energie del futuro

Energia, Cammisecra (Enel) parla del Quantum computing

Enel

Enel ha sviluppato da diversi anni una propria euristica per risolvere il problema dell’assegnazione dei lavori all’interno della propria soluzione di Work Force Management“Viviamo in un mondo sempre più guidato dalla capacità di raccogliere dati su quasi tutto, dagli esseri umani alle infrastrutture fisiche. I volumi e la complessità di tali dati richiedono sempre più potenza di calcolo per elaborare, organizzare, estrarre informazioni e supportare il processo decisionale per risolvere problemi sanitari, economici, ambientali o di qualsiasi altro tipo di società. Nell’industria dell’energia, in particolare nel campo della distribuzione dell’elettricità, le opportunità portate dallo sviluppo del Quantum computing stanno iniziando a sbloccare nuovi modi per rendere le reti più efficienti, resilienti e sostenibili. In termini molto semplici, sfruttare la potenza dei computer quantistici che operano esponenzialmente più velocemente dei computer convenzionali, grazie al funzionamento in qubit, può aiutare ad affrontare problemi sempre più complessi e ad ottimizzare grandi volumi di attività nel nostro business. Ecco perché è importante”. È quanto scrive su LinkedIn Antonio Cammisecra, Responsabile della Divisione Infrastrutture e Reti Globali di Enel presso il Gruppo Enel.

AFFRONTARE LA COMPLESSITÀ ESPONENZIALE NEL BUSINESS DELLA DISTRIBUZIONE ELETTRICA

“Enel è il più grande operatore internazionale di sistemi di distribuzione al mondo con più di 74 milioni di utenti finali in 8 paesi, gestendo quindi una quantità spropositata di interazioni con i clienti, attività sul campo ed eventi di rete. Ogni anno, Enel Global Infrastructure & Network invia automaticamente più di 32 milioni di lavori a decine di migliaia di lavoratori sul campo e appaltatori in 13 società di distribuzione del Gruppo. Ogni giorno (compresi i fine settimana e i giorni festivi, perché l’elettricità non dorme mai) dobbiamo assegnare i lavori agli equipaggi e progettare in modo efficiente un percorso giornaliero – ha sottolineato Cammisecra -. Si tratta di un contesto molto simile al noto Travelling Salesman Problem (TSP ), uno dei problemi più studiati in matematica e informatica. La sua formulazione è semplice: ‘dato un insieme di città su una mappa, qual è il percorso più breve possibile che permette a un venditore di visitare ogni città esattamente una volta e tornare alla città di origine?’. Come Enel Global Infrastructure & Networks, abbiamo più di 20 mila squadre di lavoratori sul campo (i nostri “venditori”) che svolgono più di 90 mila lavori (le nostre “città”) ogni giorno”.

L’EURISTICA DI ENEL

“Ecco perché Enel ha sviluppato da diversi anni una propria euristica per risolvere il problema dell’assegnazione dei lavori all’interno della propria soluzione di Work Force Management (WFM) che è stata sviluppata in tutti i paesi di presenza; tale soluzione sta operando in modo efficiente in tutto il mondo permettendo di fornire un servizio di qualità sempre migliore ai nostri clienti. Ma poiché prevediamo di far crescere la nostra base di clienti serviti da circa 74 a 90 milioni nei prossimi 10 anni, e allo stesso tempo puntiamo ad aumentare la qualità del servizio di oltre il 60%, dobbiamo ripensare il problema dell’assegnazione dei lavori e molti altri processi operativi con una nuova mentalità di complessità esponenziale e cercando soluzioni ancora migliori – ha proseguito il manager Enel -. Quindi, dobbiamo fare un salto quantico nel modo di pensare le nostre operazioni e… abbiamo accettato la sfida “quantica”. Stiamo andando oltre l’informatica tradizionale, testando applicazioni concrete di Quantum Computing.

“Fin dall’inizio dell’informatica, dopo la seconda guerra mondiale, siamo stati abituati ad avere a che fare con una tecnologia che raddoppia la sua potenza di calcolo (di nuovo, una crescita esponenziale!) ogni 18 mesi (cioè, la legge di Moore). Così, se un giorno avevamo processori da 1 GHz, dopo meno di un paio d’anni potevamo avere un processore da 2 GHz. Allo stesso modo, se un giorno avevamo una memoria da 1 GB, dopo 3 anni avremmo avuto una memoria da 4 GB, e così via. Oggi, dopo più di 50 anni, qualcosa sta rallentando: la dimensione dei transistor e la loro interconnessione stanno raggiungendo la dimensione nanometrica che sta diventando paragonabile alla dimensione dell’atomo, con il risultato di far svanire i principi dell’elettronica tradizionale. Ciò significa che stiamo raggiungendo un plateau di prestazioni dell’elettronica tradizionale e i principi della meccanica quantistica stanno entrando in gioco”, ha ricordato Cammisecra.
“I più grandi centri di ricerca del mondo, le università, le aziende tecnologiche stanno lavorando congiuntamente per implementare questi computer quantistici sia sul lato hardware che software. Sul lato hardware, ci sono diverse implementazioni dei singoli qubit che sfruttano i superconduttori, i fotoni e persino l’energia di vibrazione meccanica quantizzata. Sul lato software si stanno sviluppando nuovi linguaggi e formulazioni di problemi per sfruttare in modo efficiente la potenza di calcolo dei computer quantistici e accelerare gli algoritmi di ottimizzazione o nuovi linguaggi per programmare direttamente circuiti e processori quantistici.

“Ma siccome queste scoperte sono ancora in fase di sviluppo, un’opportunità concreta e fattibile per testare questo nuovo approccio è rappresentata dalle nuove formulazioni di problemi ispirati al Quantum. Queste sono state introdotte per permettere ai problemi di essere risolti in modo efficiente (ad esempio, Quadratic Unconstrained Binary Optimization, QUBO) da computer quantistici abbastanza potenti del futuro, ma anche compatibili con i cluster di Graphical Processing Unit (GPU) attualmente disponibili”.

L’ESPERIENZA QUANTISTICA DI ENEL GRIDS E LE PROSPETTIVE FUTURE

“Torniamo al problema del dispacciamento dei lavori di Enel e scopriamo come i computer quantistici e le formulazioni ispirate ai quanti si uniscono. In Enel, abbiamo sviluppato Q-BEAT, una formulazione Quantum Inspired Optimization del dispatching dei fieldworkers che è stata testata sia su computer quantistici che su cluster di GPU. I primi risultati sono eccezionali: prendendo come riferimento l’attuale euristica utilizzata da Enel, Q-BEAT sta fornendo una riduzione di oltre il 20% del tempo di viaggio rispetto al tempo di lavoro, mentre il tempo complessivo di esecuzione dell’algoritmo è accelerato di oltre 18 volte su un cluster standard di GPU”, ha sottolineato Cammisecra. “Cosa possiamo ottenere in futuro con i computer quantistici reali? I nostri test dimostrano che impiegando la giusta potenza di calcolo quantistico, possiamo ottenere risultati comparabili in termini di qualità, accelerando il tempo di esecuzione di oltre 500 volte. Ecco perché, dopo aver lanciato questa nuova Quantum Inspired Optimization per il WFM e il dispacciamento dei lavori in tutta l’Enel Global Infrastructure & Networks, espanderemo presto questa esperienza applicando l’ottimizzazione ispirata ai quanti ad altri problemi che vanno dalla pianificazione della rete all’allocazione degli investimenti. Alcuni esempi concreti delle potenziali applicazioni che stiamo esplorando includono l’analisi della rete per la classificazione delle azioni globali e la simulazione globale della rete; la pianificazione, simile al dispacciamento WFM ma con una visione più lunga; i percorsi di lettura dei contatori per ottimizzare l’attività dove i contatori controllati da remoto non sono ancora disponibili; o il posizionamento di generatori di corrente temporanei in condizioni di emergenza”.

“Questi sono alcuni esempi della capacità di Enel Grids di identificare prontamente problemi complessi con applicazione pratica e affrontarli attraverso l’implementazione delle straordinarie potenzialità del quantum computing, ottenendo un vantaggio competitivo in questo campo. Ma la conseguenza più importante di tutto ciò è che possiamo portare più velocemente i nostri equipaggi sul posto per riparare i guasti, ridurre l’impronta ambientale delle nostre operazioni di rete e aumentare l’affidabilità della nostra infrastruttura alla luce di condizioni climatiche operative più estreme. In breve, ci permetterà di aumentare la qualità e l’affidabilità dei servizi per tutti i nostri clienti facendo in modo che la gente possa scegliere l’elettricità come la scelta più semplice per un futuro più sostenibile”, ha concluso Cammisecra.