IonQ 和現(xiàn)代汽車公司合作開發(fā)了獨(dú)特的變分量子本征求解器 (VQE) 方法，用于研究鋰化合物和電池化學(xué)中的化學(xué)相互作用。VQE 是一種優(yōu)化算法，可識(shí)別將解決特定優(yōu)化問題的一組值。VQE 使用變分原理來計(jì)算哈密頓量的基態(tài)能量。由于計(jì)算的限制，傳統(tǒng)的計(jì)算方法的準(zhǔn)確性受到限制。
該合作伙伴關(guān)系旨在創(chuàng)建一個(gè)可以在量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的電池化學(xué)模型，以復(fù)制氧化鋰的結(jié)構(gòu)和能量，以期優(yōu)化鋰電池的性能、成本和安全性。許多工程進(jìn)步將在下一代車輛中進(jìn)行測(cè)試。

作為研究的結(jié)果，電動(dòng)汽車可能會(huì)變得更容易被客戶使用。
IonQ 總裁兼首席執(zhí)行官 Peter Chapman 在接受 EE Times 采訪時(shí)表示，電池是 EV 開發(fā)中最困難的部分，占到 EV 總生產(chǎn)成本的一半，這就是為什么它們?nèi)匀槐韧悆?nèi)燃機(jī)成本更高的原因車輛。” 更便宜的電池將降低成本，接近內(nèi)燃機(jī)汽車的成本，從而在汽車行業(yè)更快、更深入地采用。改進(jìn)的電池也將使電動(dòng)汽車更具吸引力。客戶給出的許多未準(zhǔn)備好進(jìn)行轉(zhuǎn)換的最常見原因——范圍有限、充電緩慢和電池壽命有限——可以通過電池升級(jí)來解決。

彼得查普曼

電動(dòng)汽車的特點(diǎn)

ICE（內(nèi)燃機(jī)）和電動(dòng)汽車之間的根本區(qū)別確實(shí)在于電池，因此，它的充電機(jī)制（電流與汽油/汽油）。與使用內(nèi)燃機(jī)和電池組來啟動(dòng)和提供車載服務(wù)的典型汽車不同，電動(dòng)汽車使用電動(dòng)機(jī)、高壓、高容量電池組和一系列動(dòng)力總成技術(shù)。
新型電動(dòng)汽車比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車排放更少的污染。然而，為了使它們真正具有可持續(xù)性，必須減少動(dòng)力和電池制造對(duì)環(huán)境的影響。為減少電動(dòng)汽車對(duì)環(huán)境的影響，未來將需要采用可替代鈷的高效材料的新一代電池。

電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和可靠性，以及日益增長(zhǎng)的吸引力，將取決于新電池。
“因?yàn)閮烧叨际怯闪孔恿W(xué)控制的系統(tǒng)，所以量子計(jì)算機(jī)非常適合模擬分子行為。模擬電池中涉及的主要化學(xué)物質(zhì)可能有助于預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，并可能產(chǎn)生新形式的源材料，從而為未來的電池開發(fā)節(jié)省時(shí)間、金錢和精力。”查普曼說。

量子技術(shù)

將錯(cuò)誤率保持在盡可能低的水平是開發(fā)量子計(jì)算機(jī)中最困難的問題之一。在創(chuàng)建量子位的幾種方法中，IonQ 的捕獲離子具有最低的錯(cuò)誤率和最多的量子位之間的連接。IonQ 的量子處理器由 3D 空間中的這些原子提供燃料，并由激光束調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)基本的穩(wěn)定性。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，評(píng)估量子處理器的能力和功能的最重要的基準(zhǔn)是量子比特計(jì)數(shù)。然而，當(dāng)量子比特的數(shù)量增加時(shí)，需要更精確和可靠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。事實(shí)上，更少的高質(zhì)量量子位通常比許多低質(zhì)量的量子位執(zhí)行得更多，尤其是在錯(cuò)誤率降低的情況下。

圖 1： IonQ離子阱裝置

固態(tài)系統(tǒng)中的每個(gè)量子比特都是獨(dú)一無二的，非常嘈雜，并且在計(jì)算過程中必須幾乎完全隔離。這是固態(tài)技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)楦鶕?jù)定義，固態(tài)不是孤立的。IonQ 采用激光冷卻方法來保持原子穩(wěn)定。如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)整激光，這個(gè)過程可以使原子處于靜止?fàn)顟B(tài)。需要注意的是，此過程不需要冷藏或精密設(shè)備。所需要的只是一束激光。

“我們以幾種不同的方式利用激光來發(fā)揮我們的優(yōu)勢(shì)。除了允許我們的系統(tǒng)在室溫下運(yùn)行之外，激光還使我們能夠定制我們的系統(tǒng)并將架構(gòu)更改為客戶真正需要的。我們的激光控制軟件具有延展性，可以打開和關(guān)閉；你不能打開和關(guān)閉物理金屬線，它就在那里，”查普曼說。

今天宣布的合作伙伴關(guān)系是現(xiàn)代 2025 戰(zhàn)略雄心的重要組成部分，其中包括每年銷售 560,000 輛電動(dòng)汽車，并向消費(fèi)者推出超過 12 款純電動(dòng)汽車 (BEV) 車型。此外，由于電動(dòng)汽車在實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，該聯(lián)盟代表著在應(yīng)對(duì)氣候變化威脅方面向前邁出了重要一步。

與今天的吸熱發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電動(dòng)汽車是一種更環(huán)保的替代品，眾所周知，吸熱發(fā)動(dòng)機(jī)將在未來幾年內(nèi)逐步淘汰。為了完全可持續(xù)，道路交通必須電氣化并輔以適當(dāng)?shù)拇胧＿@涉及投資可再生能源解決方案以加快能源轉(zhuǎn)型，并確保汽車能夠長(zhǎng)時(shí)間使用以抵消制造過程中所需的額外能源。

與許多其他電池一樣，為大多數(shù)電動(dòng)汽車提供動(dòng)力的鋰離子電池以鈷、鋰和稀土元素等原材料為基礎(chǔ)，這會(huì)對(duì)環(huán)境和人權(quán)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

IonQ 堅(jiān)信它可以通過量子計(jì)算解決許多氣候變化問題。電池效率是最有前途的新興領(lǐng)域之一，量子計(jì)算不僅可以在汽車領(lǐng)域，而且可以在整個(gè)電網(wǎng)中發(fā)揮作用。IonQ 的計(jì)算機(jī)以前曾被用于演示用于模擬大分子的端到端管道，例如化肥生產(chǎn)中的大分子。

“隨著我們的硬件和算法成熟，可以模擬越來越復(fù)雜的分子和反應(yīng)。我們從氧化鋰開始，但在未來，我們可能會(huì)將目光擴(kuò)展到固態(tài)電池、更好的太陽(yáng)能電池形式的能源生產(chǎn)等等。除了化學(xué)，我們還可能將量子應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、充電網(wǎng)絡(luò)分布、物流、路由等問題，”查普曼總結(jié)道。

審核編輯 黃昊宇