量子计算在矿井智能通风领域的应用探索
邓军1
李志强1
闫振国1
李川2
栾龙源3
王振平1
王延平1
黄玉鑫1
张龙成1
阮佳宁1
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 7100542.河南理工大学郑州高等研究院,河南郑州 4514643.陕西省大数据集团有限公司,陕西咸阳 712046
摘要：矿井智能通风作为煤矿智能化建设的重要一环,长期面临着井下生产现场环境感知"测不准、测得慢"导致矿井生产态势信息失准,通风网络解算"算不快、算不准"导致矿井安全管理决策偏离实际,灾害预测模拟"仿真慢、成本高"导致灾害预测结果滞后三大难题,难以实际指导工程现场.量子计算以其与指数级并行计算等优势,为解决"测不准、算不快、仿真慢"的核心难题提供了全新的技术路径.分析了量子计算在模型保真、全局寻优与计算加速、量子算力方面的优势,首次构建了量子测量、量子算法、量子模拟在解决矿井智能通风底层数据的"测不准"、网络解算"算不快"、灾变模拟的"仿真慢"三大难题的映射框架,并初步构建了基于量子微服务架构的云-边-端协同矿井智能通风服务平台架构.同时分析了当下量子计算自身发展存在的技术瓶颈,指出量子计算在矿井通风领域的工程应用面临着环境干扰导致量子退相干、复杂环境难以部署、量子测量结果难以验证、多参数量子态映射难与量子算法鲁棒性差、经济成本高昂等现实挑战.利用量子牛顿法(QCGA)与变分量子线性求解器(VQLS)的混合量子算法进行了初步矿井通风网络解算,计算速度分别提升了约11.9倍与12.8倍,初步验证了量子计算在解决矿井智能通风领域问题上的加速可行性,为量子计算赋能矿井智能通风技术变革、智能矿山的建设提供了理论参考.
关键词：量子计算矿井智能通风量子测量量子算法量子模拟智能矿山
分类号：TD724(矿山安全与劳动保护)TP389(计算技术、计算机技术)
资助基金：国家自然科学基金(52074214)陕西省秦创原科学家+工程师队伍建设资助项目(2024QCY-KXJ-190)陕西省重点研发计划资助项目(2023-YBSF-190)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-27（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 512-529 )
英文信息