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量子計算機有望在汽車業大顯身手

發布日期:2019-05-17 信息來源:新浪

     面對道路上日益增多的汽車和日漸復雜的交通狀況,汽車廠商在不斷尋找各種新的解決方案,自動駕駛、智能網聯和共享出行等新趨勢方興未艾。在數字化時代,汽車變得越來越智能,但隨之產生的海量數據對計算機的計算和處理能力提出了更高的要求。當前,大眾、戴姆勒、福特和博世等汽車及零部件廠商紛紛押寶量子計算機,希望利用量子計算機“逆天”的計算能力和速度,來合理規劃出行路線以減少道路擁堵、優化汽車零部件的設計和提高電動電池的能量密度等。

    量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。相比傳統二進制計算機,量子計算機的最大區別在于:傳統計算機只能按照時間順序一個個地解決問題,而量子計算機卻可以同時解決多個問題。量子計算機以一小部分的能量并行執行數千項操作,因此它可以在幾秒鐘內解決問題,而數字計算機往往需要幾天、幾個月或幾年的時間。因此,量子計算機在計算能力和速度方面,具有決定性優勢。

    當今社會,不管是手機還是汽車,各類軟件和應用程序層出不窮,作為傳統工業的汽車業也變得越來越依賴計算機技術。目前,雖然汽車制造商仍能從傳統二進制計算機中獲得巨大便利,積累競爭優勢,但隨著大數據時代的到來,普通計算機的運算能力和速度已經無法滿足汽車行業更高層次的需求,這時將量子計算機與汽車業相結合就成為必由之選。推出了世界上第一臺商用量子計算機的加拿大D-Wave科技公司負責人波·埃瓦爾德表示:“量子計算機是一種完全不同的計算機思維方式。”

    ■ 優化交通路線

    參加過大型展會的人恐怕都有過這樣的經歷,那就是在展會結束后數千人同時離開會場,周邊道路瞬間變得水泄不通。不過,前不久在葡萄牙里斯本舉辦的網絡峰會上,參會者可以通過下載一款由大眾汽車集團和D-Wave設計的應用程序來獲悉前往某一目的地的最佳路線。該款應用程序正是利用了量子計算機強大的計算能力和速度,可以提供展會周邊的實時交通數據,以達到緩解交通擁堵和減少空氣污染的目的。“我們認為,這款程序能夠有效優化交通通行環境、減少交通事故。”大眾汽車集團首席科學家弗洛里安·諾伊卡爾特表示,“我們已經開始在不同的城市進行試驗。”

    事實上,大眾并不是惟一一家涉足量子計算的汽車廠商。去年9月,福特與美國國家航空航天局(NASA)的量子人工智能實驗室(QuAIL)簽署了一份價值10萬美元的合同,福特由此可以使用NASA的量子計算機進行自動駕駛汽車的研究,以解決汽車領域最熱門的路線優化問題。此外,福特還希望利用量子計算機來提高汽車制造工廠的生產效率。日本汽車零部件生產巨頭電裝和豐田通商也正致力于利用D-Wave的量子計算機來規劃交通路線,以避免擁堵。

    早在2017年,大眾汽車集團就開始與谷歌以及D-Wave合作,大眾首席信息官馬丁·霍夫曼表示,當時他們在研究D-Wave的量子計算機能否為該集團提供實際幫助。2017年12月,大眾方面發表了一項突破性研究,表示通過使用量子計算機搜集了北京上萬輛出租車提供的交通數據,為前往機場的出租車設計出最有效的交通路線,甚至不會出現擁堵。

    福特量子計算機研究技術專家喬伊迪普·高希表示:“如果能把交通擁堵等實際問題轉換成數學算法映射到量子硬件上,我們就能更快地解決這些問題。”福特將量子計算作為公司的一項戰略重點來發展。

    德國未來學家斯文·揚斯基認為,大眾的試驗也許是未來取消交通燈等基礎交通設施的關鍵所在。“未來我們不需要紅綠燈,通過量子計算機向城市車輛發送速度和方向控制的命令,交通堵塞將變得不復存在。”揚斯基說。

    ■ 提高電池性能

    量子計算機不僅可以幫助車企優化交通運行路線、減少交通擁堵,還可以幫助他們實現一些技術難點的突破,例如動力電池能量密度的提升。

    去年6月,大眾內部研究人員首次成功地利用量子計算機模擬動力電池相關分子,這對于高性能電動汽車電池的開發尤為重要,專家們已經成功地模擬了諸如鋰氫和碳鏈等分子,現在他們正在研究更復雜的化合物。從長遠來看,大眾方面希望在量子計算機上模擬完整的電動汽車電池的化學結構,以開發和生產能量密度更高的動力電池。大眾專家利用新開發的算法,為在量子計算機上模擬和優化高性能電動汽車電池的化學結構奠定了基礎。這種量子算法可以根據不同的標準,如輕量化、最大功率密度或電池組件來模擬電池的化學成分,這將有助于加快電池的開發過程,避免時間和資源的浪費。

    目前,奔馳研發部門正在研究如何利用量子計算機來探索發現未來十年內可用于電動汽車高級電池的新材料。奔馳北美研發中心創新主管本杰明·波澤表示:“發現新型電池材料可開啟價值10億美元的機遇,我們可以用量子計算機模擬電池的化學結構,這是目前普通二進制計算機無法做到的。”當前,戴姆勒正與美國計算機巨頭IBM的量子計算部門合作,目標是在未來5至10年左右,在動力電池領域部署下一代計算能力。此外,戴姆勒還在生產制造工廠中利用量子計算機模擬各種焊接場景的可能性。

    全球最大的汽車零部件供應商博世集團近期也已收購了從美國哈佛大學拆分出來的薩帕塔計算公司的部分股份。薩帕塔計算公司的目標是成為量子算法領域的引領者。博世方面預測,未來10年,市場對量子計算類的應用軟件需求可能達到數十億美元。因此,汽車廠商希望在這項有望改變汽車業“游戲規則”的新技術上加大投資,不管是移動出行還是人工智能,或是汽車零部件的優化設計以及電池材料的探索,量子計算都有望發揮更大的作用。

    ■ 德國車企領先

    當前在量子計算領域,美國和中國領先世界,雙方的競爭已進入白熱化階段,而歐洲已經明顯落后。為了迎頭趕上,歐盟委員會近期已經啟動了一項為期10年的計劃,計劃提供10億歐元資金,促進該地區量子技術的研發。德國久負盛名的于利希研究中心正在利用其中一部分資金,計劃在3年內設計和制造一臺量子計算機。

    隨著越來越多資金流入這一領域,量子計算技術得到更廣泛的應用是遲早的事情。雖然目前歐洲在量子計算領域落后于中、美兩國,但歐洲車企,尤其是德國車企深具全球化眼光和前瞻性思維,已經開始將量子計算技術應用于汽車業,遙遙領先于全球其他車企。

    據悉,大眾對量子計算技術的前景非常有信心,已在美國為3項相關技術申請了專利,并計劃利用該技術在一些試點城市創建“空中交通控制”系統。歐洲汽車分析師馬庫斯·溫克勒認為,未來,大眾、福特等量子計算方面的先行者有望在這一顛覆性技術領域搶占先機,率先實現盈利。

    量子計算技術可以幫助車企更好、更快地完成從生產制造到移動出行等一系列業務。“在未來的智慧城市中,量子計算機將成為人工智能、機器學習等技術的推動者,并產生巨大的影響。”溫克勒說。

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