下一代电动汽车将会测试VQE电池优化算法

IonQ 和现代汽车公司合作开发了独特的变分量子本征求解器 (VQE) 方法，用于研究锂化合物和电池化学中的化学相互作用。VQE 是一种优化算法，可识别将解决特定优化问题的一组值。VQE 使用变分原理来计算哈密顿量的基态能量。由于计算的限制，传统的计算方法的准确性受到限制。
该合作伙伴关系旨在创建一个可以在量子计算机上运行的电池化学模型，以复制氧化锂的结构和能量，以期优化锂电池的性能、成本和安全性。许多工程进步将在下一代车辆中进行测试。

作为研究的结果，电动汽车可能会变得更容易被客户使用。
IonQ 总裁兼首席执行官 Peter Chapman 在接受 EE Times 采访时表示，电池是 EV 开发中最困难的部分，占到 EV 总生产成本的一半，这就是为什么它们仍然比同类内燃机成本更高的原因车辆。” 更便宜的电池将降低成本，接近内燃机汽车的成本，从而在汽车行业更快、更深入地采用。改进的电池也将使电动汽车更具吸引力。客户给出的许多未准备好进行转换的最常见原因——范围有限、充电缓慢和电池寿命有限——可以通过电池升级来解决。

彼得查普曼

电动汽车的特点

ICE（内燃机）和电动汽车之间的根本区别确实在于电池，因此，它的充电机制（电流与汽油/汽油）。与使用内燃机和电池组来启动和提供车载服务的典型汽车不同，电动汽车使用电动机、高压、高容量电池组和一系列动力总成技术。
新型电动汽车比传统内燃机汽车排放更少的污染。然而，为了使它们真正具有可持续性，必须减少动力和电池制造对环境的影响。为减少电动汽车对环境的影响，未来将需要采用可替代钴的高效材料的新一代电池。

电动汽车的续航里程和可靠性，以及日益增长的吸引力，将取决于新电池。
“因为两者都是由量子力学控制的系统，所以量子计算机非常适合模拟分子行为。模拟电池中涉及的主要化学物质可能有助于预测化学反应的结果，并可能产生新形式的源材料，从而为未来的电池开发节省时间、金钱和精力。”查普曼说。

量子技术

将错误率保持在尽可能低的水平是开发量子计算机中最困难的问题之一。在创建量子位的几种方法中，IonQ 的捕获离子具有最低的错误率和最多的量子位之间的连接。IonQ 的量子处理器由 3D 空间中的这些原子提供燃料，并由激光束调节以实现基本的稳定性。

据业内人士称，评估量子处理器的能力和功能的最重要的基准是量子比特计数。然而，当量子比特的数量增加时，需要更精确和可靠的统计数据。事实上，更少的高质量量子位通常比许多低质量的量子位执行得更多，尤其是在错误率降低的情况下。

图 1： IonQ离子阱装置

固态系统中的每个量子比特都是独一无二的，非常嘈杂，并且在计算过程中必须几乎完全隔离。这是固态技术的一个缺点，因为根据定义，固态不是孤立的。IonQ 采用激光冷却方法来保持原子稳定。如果适当地调整激光，这个过程可以使原子处于静止状态。需要注意的是，此过程不需要冷藏或精密设备。所需要的只是一束激光。

“我们以几种不同的方式利用激光来发挥我们的优势。除了允许我们的系统在室温下运行之外，激光还使我们能够定制我们的系统并将架构更改为客户真正需要的。我们的激光控制软件具有延展性，可以打开和关闭；你不能打开和关闭物理金属线，它就在那里，”查普曼说。

今天宣布的合作伙伴关系是现代 2025 战略雄心的重要组成部分，其中包括每年销售 560,000 辆电动汽车，并向消费者推出超过 12 款纯电动汽车 (BEV) 车型。此外，由于电动汽车在实现全球可持续发展目标方面发挥着至关重要的作用，该联盟代表着在应对气候变化威胁方面向前迈出了重要一步。

与今天的吸热发动机相比，电动汽车是一种更环保的替代品，众所周知，吸热发动机将在未来几年内逐步淘汰。为了完全可持续，道路交通必须电气化并辅以适当的措施。这涉及投资可再生能源解决方案以加快能源转型，并确保汽车能够长时间使用以抵消制造过程中所需的额外能源。

与许多其他电池一样，为大多数电动汽车提供动力的锂离子电池以钴、锂和稀土元素等原材料为基础，这会对环境和人权产生严重影响。

IonQ 坚信它可以通过量子计算解决许多气候变化问题。电池效率是最有前途的新兴领域之一，量子计算不仅可以在汽车领域，而且可以在整个电网中发挥作用。IonQ 的计算机以前曾被用于演示用于模拟大分子的端到端管道，例如化肥生产中的大分子。

“随着我们的硬件和算法成熟，可以模拟越来越复杂的分子和反应。我们从氧化锂开始，但在未来，我们可能会将目光扩展到固态电池、更好的太阳能电池形式的能源生产等等。除了化学，我们还可能将量子应用于自动驾驶、充电网络分布、物流、路由等问题，”查普曼总结道。

审核编辑 黄昊宇