量子计算机如何让电池变得更好

现代汽车现在正在与初创公司合作IonQ两家公司昨日宣布，为了研究量子计算机如何为电动汽车设计先进的电池，他们的目标是创建迄今尚未在量子计算机上运行的最大电池化学模型。

一台足够复杂的量子计算机——例如，有足够多的被称为量子比特或“量子位”的组件——理论上可以实现量子的优势在那里它可以找到经典计算机无法解决的问题的答案。理论上，一台完全用于计算的300个量子比特的量子计算机可以在瞬间执行比可见宇宙中原子数量更多的计算。

量子计算机最接近术语的应用程序可能是化学例如，模拟分子，看看哪些分子可能被证明是有用的药物。量子计算机天生适合模拟分子行为，因为两者都是由量子力学控制的系统Peter Chapman是马里兰州IonQ公司的首席执行官兼总裁．由于量子计算机可以比经典计算更准确地模拟化学，“有可能确保获得最大效率，并消除潜在浪费的来源。”

现在IonQ旨在使用量子计算来分析和模拟锂化合物的结构和能量，用于现代汽车的电池，包括锂氧化物锂空气电池．查普曼说:“锂空气电池比锂硫电池具有更高的能量密度，因此具有更大的潜在功率和能力。”

在新的合作伙伴关系中，IonQ将开发新的变分量子本征求解算法，用于研究锂化学。这类算法通常用于量子化学中，例如，模拟分子的基态，即它具有最少能量的基态。变分量子特征求解器实际上是一种混合算法，其中经典计算机完成了大部分工作，而量子处理器解决了传统计算机难以处理的部分问题。

IonQ将加入经典计算机和量子计算机的行列，在云端进行这项工作。查普曼说，这包括IonQ公司最新的量子计算机，“在行业联盟QED-C进行的一系列基准测试中，它的表现超过了所有其他设备，目前正处于内测阶段。”

IonQ的玻璃芯片可以容纳64个离子，分为四组，总共32个可用的量子比特。斯逖尔沃克/ IONQ

谷歌、IBM、亚马逊和其他公司经常使用基于超导环的量子比特，而IonQ使用基于超导环的量子比特电磁捕获离子．超导回路与传统的微芯片技术兼容，但被捕获的离子可能具有抗误差等优点。

这项合作旨在创建迄今为止在量子计算机上开发的最先进的电池化学模型，以量子位和量子门的数量来衡量，量子门是传统计算机用于执行计算的逻辑门的量子计算版本。

查普曼说:“该团队计划为该项目利用至少12个量子比特和超过100个门操作。”相比之下,戴姆勒和ibm的合作他指出，使用量子计算开发下一代锂硫电池只使用了四个量子比特，而且还没有其他商业项目公布了结果。

汽车制造商越来越多地关注量子计算，“因为它很自然地应用于整个行业正在发生的革命——电动汽车的发展，”查普曼说。“制造更好、更便宜的电池有着巨大的动力，因此现代等具有前瞻性的公司将量子技术纳入他们的工具包是有道理的。”

两家公司指出，这项工作旨在提高锂电池的成本、耐用性、容量、安全性和充电行为，锂电池通常是电动汽车中最昂贵的部件。查普曼说:“电动汽车是全球减少集体碳足迹运动的重要组成部分。”“与现代汽车合作，推动科学发展，使汽车更加普及，这非常有意义。”

查普曼指出，除了电池材料的化学分析，量子计算还可以帮助探索燃料电池技术和材料耐久性。此外，“量子机器学习应用可用于缩短自动驾驶汽车的训练时间，并解决预测性维护、仓储等方面的简单问题，”他说。

查普曼补充道:“更长期、更复杂的优化问题，如多渠道物流和路由，是汽车制造商的研发计划。”“例如，大众汽车几年来一直在各种应用中探索量子计算，首先是研究如何使用量子硬件和量子启发的技术来最佳地优化公共汽车和货车的路线。最近，他们一直在考虑优化充电站的分销网络。”

总而言之，查普曼说:“我希望这次合作能让人们明白，量子并不是一个遥远的概念，目前还没有实际应用。”“如果你选择了正确的合作伙伴，选择了正确的问题，现在就可以完成有影响力的工作。”