Inżynierowie Forda opublikowali swoje badania, w których dzięki komputera kwantowego udało się wymodelować podstawowe elementy akumulatorów do pojazdów elektrycznych produkowanych przez tego giganta motoryzacyjnego.
Dziękujemy, że nas czytasz! Będziemy ogromnie wdzięczni, jeśli zdecydujesz się wesprzeć Srebrny Kompas na Zrzutce! Dziękujemy!
Chociaż wyniki nie ujawniają niczego nowego na temat akumulatorów litowo – jonowych pokazują, w jaki sposób można wykorzystać mocniejsze komputery kwantowe do symulacji złożonych reakcji chemicznych na przyszłość.
Aby odkrywać i testować nowe materiały za pomocą komputerów, naukowcy muszą podzielić ten proces na wiele osobnych obliczeń: jeden zestaw dla wszystkich istotnych właściwości każdej pojedynczej cząsteczki, drugi dla wpływu na te właściwości najmniejszych zmian środowiskowych, takich jak wahania temperatury, a drugi dla wszystkich możliwych sposobów w jakie dowolne dwie cząsteczki mogą oddziaływać ze sobą.
Tradycyjne komputery używają bitów binarnych do wykonywania obliczeń. Chociaż są zdolne do niewiarygodnych rzeczy, istnieją problemy, takie jak dokładne modelowanie molekularne, z którymi po prostu nie są w stanie sobie. Kiedy naukowcy modelują więcej niż kilka atomów, obliczenia stają się zbyt duże i czasochłonne, więc muszą polegać na przybliżeniach, które zmniejszają dokładność symulacji.
Zamiast zwykłych bitów komputery kwantowe używają kubitów, które mogą być zerem, jedynką lub obydwoma jednocześnie. Kubity można również splątać, obracać i manipulować nimi na inne sposoby kwantowe, aby przenosić więcej informacji. Daje im to możliwość rozwiązywania problemów, z którymi nie radzą sobie tradycyjne komputery, w tym dokładnego modelowania reakcji molekularnych. Ponadto cząsteczki są z natury kwantowe i dlatego dokładniej odwzorowują się na kubity, które są reprezentowane jako kształty fal.
Niestety, komputery kwantowe nie są jeszcze wystarczająco wydajne ani wystarczająco niezawodne, aby były szeroko opłacalne komercyjnie. Istnieje też swego rodzaju szara strefa – ponieważ komputery kwantowe działają w zupełnie inny sposób niż tradycyjne komputery, naukowcy wciąż muszą nauczyć się, jak najlepiej je wykorzystać.
I w tym momencie wjeżdża na pełnej Ford.
Ford jest zainteresowany wytwarzaniem akumulatorów, które są bezpieczniejsze, mają większą gęstość energii i mocy oraz są łatwiejsze do recyklingu. Aby to zrobić, potrzebne jest zrozumienie właściwości chemicznych potencjalnych nowych materiałów, takie jak mechanizmy ładowania i rozładowania, a także stabilność elektrochemiczną i termiczną.
Badacze Forda chcieli obliczyć energię stanu podstawowego LiCoO2, materiału, który może być potencjalnie wykorzystany w bateriach litowo – jonowych. Użyli do tego algorytmu nazwanego wariacyjnym kwantowym rozwiązaniem własnym (VQE) do symulacji modeli fazy gazowej Li2Co2O4 i Co2O4 (najprostsza możliwa forma reakcji chemicznej ), które reprezentują ładunek i rozładowanie akumulatora.
VQE wykorzystuje hybrydowe kwantowo – klasyczne podejście z komputerem kwantowym (w tym przypadku 20 kubitów w symulatorze wektorów stanu IBM) właśnie zastosowanym do rozwiązania części symulacji molekularnej, które najbardziej korzystają z jego atrybutów. Całą resztą zajmują się tradycyjne komputery.
Ponieważ był to dowód słuszności koncepcji obliczeń kwantowych, zespół Forda przetestował trzy podejścia z VQE: unitarne sprzężone klastry pojedyncze i podwójne (UCCSD), unitarne sprzężone klastry uogólnione pojedyncze i podwójne (UCCGSD) oraz k-jednostkowe pary sprzężone- uogólnione klastry pojedyncze i podwójne (k-UpCCGSD).
Oprócz porównania wyników ilościowych porównali zasoby kwantowe niezbędne do dokładnego wykonania obliczeń z klasycznymi podejściami opartymi na funkcji falowej. Odkryli, że k-UpCCGSD dało podobne wyniki do UCCSD przy niższych kosztach i że wyniki metod VQE zgadzały się z wynikami uzyskanymi przy użyciu metod klasycznych – takich jak pojedyncze i podwójne klastry sprzężone (CCSD) oraz pełna interakcja konfiguracji aktywnej przestrzeni (CASCI) .
Naukowcy doszli do wniosku, że kwantowa chemia obliczeniowa na komputerach kwantowych, które będą dostępne w najbliższej przyszłości, odegra „istotną rolę w znalezieniu potencjalnych materiałów, które mogą poprawić wydajność i wytrzymałość baterii”. Chociaż korzystali z 20-kubitowego symulatora, sugerują, że 400-kubitowy komputer kwantowy (wkrótce dostępny ) byłby niezbędny do pełnego modelowania układu Li2Co2O4 i Co2O4, który rozważali.
Wszystko to jest częścią próby Forda, by stać się największym producentem pojazdów elektrycznych. Trucki, takie jak F-150 Lightning, przesuwają granice obecnej technologii akumulatorów.
Ford nie jest jedynym graczem, który myśli o wykorzystaniu technologii kwantowej, aby wyprzedzić chemię akumulatorów. IBM współpracuje również z Mercedesem i Mitsubishi nad wykorzystaniem komputerów kwantowych do ponownego wynalezienia baterii EV.
