量子運算提升汽車設計與製造效率

作者 : Anne-Françoise Pelé,EE Times歐洲特派記者

汽車製造商BMW和量子運算(quantum computing)技術開發業者Pasqal宣佈展開新的合作階段,雙方將攜手研究量子運算演算法於金屬成形應用建模的適用性。

汽車製造商BMW和量子運算(quantum computing)技術開發業者Pasqal宣佈展開新的合作階段,雙方將攜手研究量子運算演算法於金屬成形應用建模的適用性。

汽車產業是對於工業環境要求最嚴格的產業之一,而量子運算則有助於解決一些關鍵的設計和製造問題。根據市場諮詢公司麥肯錫(McKinsey)的一份報告,汽車將成為量子運算的主要價值應用領域,到2025年左右將產生顯著影響。McKinsey並預計,到2030年,量子技術將為汽車產業相關技術帶來重大經濟影響,創造20-30億美元營收的市場規模。

早在2016年,福斯汽車集團(Volkswagen Group;VW)就率先成立了專門的量子運算研究團隊。BMW則自2019年以來一直與Pasqal密切合作。據Pasqal商務長Benno Broer表示,雙方持續多年合作,共同為電池研發領域的化學和材料科學開發量子方案。

繼2021年底BMW量子運算挑戰賽(Quantum Computing Challenge)後,雙方近期的一項合作競賽重點是量子運算優於經典運算方法的優勢及其帶來的特定挑戰。其中,歐洲量子運算軟體開發商Qu&Co在「模擬生產過程中的材料變形」(Simulation of material deformation in the production process)類組中獲勝。隨後,Pasqal和Qu&Co兩家公司的業務進一步合併,結合Qu&Co強大的演算法組合以及Pasqal的全端中性原子系統,共同加速量子的商業應用。合併後的新公司名稱沿用Pasqal,公司總部設於巴黎。

BMWPasqal合作,將量子運算/模擬用於汽車設計和製造。

Broer說:「BMW選擇與我們合作的原因在於Pasqal針對複雜微分方程式的專有解決方案是目前唯一較實際的方法,足以解決近期量子處理器這一類問題。我們目前與BMW集團合作解決的材料變形問題可望透過幾種不同的方程式來解答。」

Pascal的研究團隊基於其中性原子量子處理器,開發出一種數位類比實現量子的方法,相較於競爭的超導處理器,該方法有助於讓應用的效率更高30倍。

針對這種數位類比方法的更多詳情,Broer解釋:「以完全數位化建置方法,我們採用2量子位元閘操作(糾纏2個量子位元),在量子位元之間創建了大量的量子糾纏。一般來說,糾纏創建得越多,這種方法就更強大、更準確。而採用數位類比演算法,我們將這種糾纏操作替換為類比操作,即多量子位元操作。採用這種類比多量子位元操作取代2量子位元閘,能夠讓這種方法更加高效,同時也更具有抗雜訊能力。」

因此,Pascal就能在量子處理器變得非同調(由於當前所有量子處理器的原生雜訊而失去量子性)之前的時間,產生更多的糾纏。同樣地,更多的糾纏意味著更強大的解算器。」Pasqal將在未來半年內執行此項模擬。

那麼何時才能看到首款採用Pasqal量子模擬最佳化的新車上路呢?Borer認為目前要預測還太早。「我們只能說,Pasqal預計能在2024年時透過微分方程式解算器,展示第一個與產業相關的量子優勢。但我們還無法確定首批具備量子優勢的展示是否與材料變形應用有關。」

該公司表示,有關這些量子模擬的實際應用包括碰撞測試,以及加速開發新的、更輕、更堅固的零件和材料,以確保乘客安全,同時降低排放和開發成本。

Broer說:「Pasqal的量子模擬方法有助於BMW大幅降低開發成本。一般來說,目前的一種趨勢是採用數位研究(創建汽車或汽車零件的『數位雙生』),以取代汽車研發中昂貴且耗時的建構方法和測試週期。與此相關的經濟利益可量化為實際建構和測試過程中所節省的成本、節省的材料成本(既能保持相同結構強度,又能使用更少的金屬)等。最重要的是,顯著縮短了新一代汽車的上市時間。」

Broer補充說:「我們的量子方法提供所需的額外運算能力,以實現對汽車更大且更複雜的元件或整車等設計研發環節進行精確的『數位雙生』模擬。」

Pasqal的量子運算模擬方法現已應用於汽車製造,未來將擴展到更多領域。Broer指出,針對每一類新的微分方程式問題,Pasqal將進一步使其量子演算法參數化,從而解決特定問題。「一旦能夠解決材料變形的問題,就可以使用這些解算器來克服該領域之外(其差分方程式具有類似結構)的其他問題。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Quantum computing takes on automotive design and manufacturing,by Bill Schweber)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2022年10月號雜誌

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