تواجه شبكة الطاقة كل يوم لغزًا: أي محطات توليد يجب تشغيلها لتغطية الطلب بشكل موثوق دون إفلاس؟ بالنسبة لـ15 مولّدًا و24 ساعة، يتجاوز عدد الجداول الزمنية الممكنة 2.3×$10^{108}$ — وهو أكبر من عدد الذرات في الكون المرئي. لا يمكن لأي حاسوب كلاسيكي فائق استعراض جميع الخيارات، لذلك يبحث المشغلون عن حل وسط. اقترح باحثون من جامعة تورنتو وشركة IonQ تقسيم العمل: المعالج الكمومي يغربل الخيارات غير المجدية، بينما يصقل الحاسوب الكلاسيكي النتيجة.

يعمل المنخل الكمومي على النحو التالي. أولًا، تُحوَّل مشكلة اختيار تركيبة معدات التوليد إلى تحسين ثنائي تربيعي — وهي صيغة رياضية حيث تحصل كل توليفة من المولدات المشغلة على تقدير للتكلفة وغرامة على عدم تلبية الطلب. ثم تبحث خوارزمية كمومية متغيرة بمعاملات قابلة للضبط عن التوليفات ذات التقدير الأدنى. تتكون دائرتها الكمومية من طبقات تشابك الكيوبتات وتخلط الاحتمالات، بدءًا من «بداية دافئة» — وهي تقريب ناتج عن استرخاء كلاسيكي. بعد التقارب، تُخرج الخوارزمية ما يصل إلى 128 توليفة مسموحة الأقل تكلفة. بعدها تتدخل طريقة البرمجة التربيعية التسلسلية الكلاسيكية: تأخذ كل توليفة وتحسب بدقة مقدار القدرة التي يجب أن ينتجها كل مولّد في كل ساعة لتغطية الحمل بأقل تكلفة. النتيجة هي التوليفة ذات السعر الإجمالي الأدنى.

النتائج مشجعة. على المحاكي لنظام من 10 مولدات و24 ساعة، ينخفض متوسط خطأ التقريب من 1.78% عند طبقة واحدة من الدائرة الكمومية إلى 0.55% عند تسع طبقات. بالنسبة لـ26 مولّدًا، يستقر الخطأ عند نحو 2.5%. ومن المهم أن عدد تكرارات التحسين ينمو خطيًا مع عدد المعاملات: في المتوسط 8.63 تكرارًا لكل معامل إضافي. أظهر المعالج الكمومي الحقيقي IonQ Forte متوسط خطأ قدره 3.088% مقابل 3.201% على المحاكي — وهو توافق نوعي يؤكد قابلية تطبيق النهج على الأجهزة الحقيقية.

قبل هذا العمل، كانت الخوارزميات الكمومية المتغيرة لمشكلة اختيار تركيبة معدات التوليد إما تعطي خطأً كبيرًا — مثل 8% لدى QAOA — أو لا تتوسع إلى أنظمة تضم أكثر من 20 مولّدًا. الآن تبيّن أن النهج الهجين مع الانتقاء الكمومي للمرشحين والضبط الكلاسيكي يحقق خطأً أقل من 3% لـ26 مولّدًا. هذا التقسيم للأدوار يقلل من متطلبات عدد الكيوبتات وعمق الدائرة، مما يجعل الطريقة عملية للمعالجات الكمومية الحديثة. يمكن لمشغلي شبكات الطاقة استخدامها اليوم في التخطيط قصير المدى، خاصة مع تزايد حصة المصادر المتجددة وعدم اليقين في الحمل.

الآفاق تمتد أبعد. يخطط المؤلفون لاستبدال الخوارزمية الكمومية المتغيرة بتطور كمومي متغير في الزمن التخيلي، مما قد يسرّع التقارب. ولتحقيق ذلك، يجب تكييف الطريقة مع المشكلات ذات القيود وتطوير دوائر كمومية متخصصة تحاكي بشكل أفضل الحالة الأرضية لهاملتونيان المشكلة. يبقى السؤال مفتوحًا حول التوسع إلى مئات وآلاف المولدات، وكذلك مراعاة حالات عدم اليقين في الصياغات الكمومية. لكن الآن، المنخل الكمومي يغربل فوضى الانفجار التوافقي، تاركًا للحاسوب الكلاسيكي حفنة من الحلول الواعدة — وهذه خطوة نحو شبكة طاقة تخطط لنفسها.