量子计算用于汽车设计和制造

汽车制造商宝马（BMW）和量子计算技术开发商帕斯卡尔（Pasqal）已进入新的合作阶段，以分析量子计算算法对金属成形应用建模的适用性。

汽车行业是最苛刻的工业环境之一，量子计算可以解决一些关键的设计和制造问题。麦肯锡（McKinsey）的一份报告显示，汽车将是量子计算的主要价值池之一，到2025年左右，其影响将非常显著。该咨询公司还预计，到2030年，相关技术对汽车行业的经济影响将达到20亿至30亿美元。

2016年，大众汽车集团（Volkswagen Group）率先成立了一个专门的量子计算研究团队。

宝马自2019年以来一直与Pasqal合作，在电池研发领域开发用于化学和材料科学的量子增强方法，Pasqal首席执行官Benno Broer告诉记者EE时代欧洲.

然而，目前的合作是在2021晚些时候宝马集团量子计算挑战赛之后进行的。这场比赛聚焦于四个具体挑战，其中量子计算可以提供优于经典计算方法的优势，Qu&Co是“生产过程中材料变形的模拟”类别的获胜者。Qu&Co和Pasqal后来合并了他们的业务，将Qu＆Co强大的算法组合与Pasqal的全栈中性原子系统相结合，以加快量子技术走向商业应用。联合企业被称为Pasqal位于巴黎。

“之所以选择我们，是因为我们的专有方法求解复微分方程布罗尔说：“目前，在近期量子处理器上解决此类问题的唯一现实方法。“我们现在将与宝马集团合作解决的材料变形问题由此类微分方程控制。”

Pascal表示，其研究团队开发了一种量子方法的数字模拟实现，专门为其中性原子量子处理器量身定制，使这些应用程序的效率比竞争对手的超导量子处理器“高30倍”。

当被要求提供关于这种数字模拟方法的更多细节时，Broer解释道，“我们的方法要求我们在量子位之间创建大量的量子纠缠。直观地说：我们创建的纠缠越多，我们的方法就越强大（更准确）。在完全数字化的实现中，我们通过应用2个量子位门操作（纠缠2个量位）来创建这种纠缠。”。在该算法的数字模拟版本中，我们用模拟操作代替了这种纠缠操作，这是一种多量子位操作。这种模拟多量子位操作取代了2量子位门，使该方法更有效，同时也更抗噪声。”

“结果是，我们可以在量子处理器退相干之前的时间内产生更多的纠缠（由于当前所有量子处理器的固有噪声，它失去了量子性）。而且：更多的纠缠意味着更强大的解算器。”

Pasqal的数字模拟方法在博客文章中有更详细的描述，用于物理信息机器学习的中性原子量子计算 .

模拟将在Pasqal的设施中运行六个月。

至于用Pasqal的模拟优化的第一批汽车模型何时上路，布罗尔表示，现在还为时过早。“我们可以说的是，Pasqal希望能够在2024年用我们的微分方程求解器展示第一个与行业相关的量子优势。我们还不能保证这些第一个量子优势将用于材料变形的应用。”

该公司表示，这些模拟的实际应用包括碰撞测试和加速开发新的、更轻、更强的零部件和材料，以确保乘客安全，同时减少排放和开发成本。

布罗尔表示，Pasqal的模拟可能使宝马实现的开发成本降低，目前还无法量化。“总的来说，我们看到了一种趋势，即用数字研究（创造汽车或汽车零部件的‘数字孪生’）取代汽车研发中昂贵且耗时的制造和测试周期。与此相关的财务效益应量化为物理制造和测试过程节省的成本、节省的材料成本（在保持相同结构强度的同时使用更少的金属），也许最重要的是，新一代汽车的上市时间显著缩短。”

他补充道，“我们的量子方法提供了所需的额外计算能力，以实现对汽车更大、更复杂部件的精确‘数字孪生’模拟，或者也许有一天是一辆完整的汽车。”

Pasqal的量子计算模拟现在应用于汽车，可以用于其他领域。布罗尔表示，对于每一类新的微分方程问题，Pasqal都必须将其量子算法参数化，才能解决这一类问题。“一旦我们能够解决材料变形问题，我们就可以使用这些解算器来解决这个领域之外的问题，因为微分方程具有类似的结构。”