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量子计算机有望在汽车业大显身手

发布日期:2019-05-17 信息来源:新浪

     面对道路上日益增多的汽车和日渐复杂的交通状况,汽车厂商在不断寻找各种新的解决方案,自动驾驶、智能网联和共享出行等新趋势方兴未艾。在数字化时代,汽车变得越来越智能,但随之产生的海量数据对计算机的计算和处理能力提出了更高的要求。当前,大众、戴姆勒、福特和博世等汽车及零部件厂商纷纷押宝量子计算机,希望利用量子计算机“逆天”的计算能力和速度,来合理规划出行路线以减少道路拥堵、优化汽车零部件的设计和提高电动电池的能量密度等。

    量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。相比传统二进制计算机,量子计算机的最大区别在于:传统计算机只能按照时间顺序一个个地解决问题,而量子计算机却可以同时解决多个问题。量子计算机以一小部分的能量并行执行数千项操作,因此它可以在几秒钟内解决问题,而数字计算机往往需要几天、几个月或几年的时间。因此,量子计算机在计算能力和速度方面,具有决定性优势。

    当今社会,不管是手机还是汽车,各类软件和应用程序层出不穷,作为传统工业的汽车业也变得越来越依赖计算机技术。目前,虽然汽车制造商仍能从传统二进制计算机中获得巨大便利,积累竞争优势,但随着大数据时代的到来,普通计算机的运算能力和速度已经无法满足汽车行业更高层次的需求,这时将量子计算机与汽车业相结合就成为必由之选。推出了世界上第一台商用量子计算机的加拿大D-Wave科技公司负责人波·埃瓦尔德表示:“量子计算机是一种完全不同的计算机思维方式。”

    ■ 优化交通路线

    参加过大型展会的人恐怕都有过这样的经历,那就是在展会结束后数千人同时离开会场,周边道路瞬间变得水泄不通。不过,前不久在葡萄牙里斯本举办的网络峰会上,参会者可以通过下载一款由大众汽车集团和D-Wave设计的应用程序来获悉前往某一目的地的最佳路线。该款应用程序正是利用了量子计算机强大的计算能力和速度,可以提供展会周边的实时交通数据,以达到缓解交通拥堵和减少空气污染的目的。“我们认为,这款程序能够有效优化交通通行环境、减少交通事故。”大众汽车集团首席科学家弗洛里安·诺伊卡尔特表示,“我们已经开始在不同的城市进行试验。”

    事实上,大众并不是惟一一家涉足量子计算的汽车厂商。去年9月,福特与美国国家航空航天局(NASA)的量子人工智能实验室(QuAIL)签署了一份价值10万美元的合同,福特由此可以使用NASA的量子计算机进行自动驾驶汽车的研究,以解决汽车领域最热门的路线优化问题。此外,福特还希望利用量子计算机来提高汽车制造工厂的生产效率。日本汽车零部件生产巨头电装和丰田通商也正致力于利用D-Wave的量子计算机来规划交通路线,以避免拥堵。

    早在2017年,大众汽车集团就开始与谷歌以及D-Wave合作,大众首席信息官马丁·霍夫曼表示,当时他们在研究D-Wave的量子计算机能否为该集团提供实际帮助。2017年12月,大众方面发表了一项突破性研究,表示通过使用量子计算机搜集了北京上万辆出租车提供的交通数据,为前往机场的出租车设计出最有效的交通路线,甚至不会出现拥堵。

    福特量子计算机研究技术专家乔伊迪普·高希表示:“如果能把交通拥堵等实际问题转换成数学算法映射到量子硬件上,我们就能更快地解决这些问题。”福特将量子计算作为公司的一项战略重点来发展。

    德国未来学家斯文·扬斯基认为,大众的试验也许是未来取消交通灯等基础交通设施的关键所在。“未来我们不需要红绿灯,通过量子计算机向城市车辆发送速度和方向控制的命令,交通堵塞将变得不复存在。”扬斯基说。

    ■ 提高电池性能

    量子计算机不仅可以帮助车企优化交通运行路线、减少交通拥堵,还可以帮助他们实现一些技术难点的突破,例如动力电池能量密度的提升。

    去年6月,大众内部研究人员首次成功地利用量子计算机模拟动力电池相关分子,这对于高性能电动汽车电池的开发尤为重要,专家们已经成功地模拟了诸如锂氢和碳链等分子,现在他们正在研究更复杂的化合物。从长远来看,大众方面希望在量子计算机上模拟完整的电动汽车电池的化学结构,以开发和生产能量密度更高的动力电池。大众专家利用新开发的算法,为在量子计算机上模拟和优化高性能电动汽车电池的化学结构奠定了基础。这种量子算法可以根据不同的标准,如轻量化、最大功率密度或电池组件来模拟电池的化学成分,这将有助于加快电池的开发过程,避免时间和资源的浪费。

    目前,奔驰研发部门正在研究如何利用量子计算机来探索发现未来十年内可用于电动汽车高级电池的新材料。奔驰北美研发中心创新主管本杰明·波泽表示:“发现新型电池材料可开启价值10亿美元的机遇,我们可以用量子计算机模拟电池的化学结构,这是目前普通二进制计算机无法做到的。”当前,戴姆勒正与美国计算机巨头IBM的量子计算部门合作,目标是在未来5至10年左右,在动力电池领域部署下一代计算能力。此外,戴姆勒还在生产制造工厂中利用量子计算机模拟各种焊接场景的可能性。

    全球最大的汽车零部件供应商博世集团近期也已收购了从美国哈佛大学拆分出来的萨帕塔计算公司的部分股份。萨帕塔计算公司的目标是成为量子算法领域的引领者。博世方面预测,未来10年,市场对量子计算类的应用软件需求可能达到数十亿美元。因此,汽车厂商希望在这项有望改变汽车业“游戏规则”的新技术上加大投资,不管是移动出行还是人工智能,或是汽车零部件的优化设计以及电池材料的探索,量子计算都有望发挥更大的作用。

    ■ 德国车企领先

    当前在量子计算领域,美国和中国领先世界,双方的竞争已进入白热化阶段,而欧洲已经明显落后。为了迎头赶上,欧盟委员会近期已经启动了一项为期10年的计划,计划提供10亿欧元资金,促进该地区量子技术的研发。德国久负盛名的于利希研究中心正在利用其中一部分资金,计划在3年内设计和制造一台量子计算机。

    随着越来越多资金流入这一领域,量子计算技术得到更广泛的应用是迟早的事情。虽然目前欧洲在量子计算领域落后于中、美两国,但欧洲车企,尤其是德国车企深具全球化眼光和前瞻性思维,已经开始将量子计算技术应用于汽车业,遥遥领先于全球其他车企。

    据悉,大众对量子计算技术的前景非常有信心,已在美国为3项相关技术申请了专利,并计划利用该技术在一些试点城市创建“空中交通控制”系统。欧洲汽车分析师马库斯·温克勒认为,未来,大众、福特等量子计算方面的先行者有望在这一颠覆性技术领域抢占先机,率先实现盈利。

    量子计算技术可以帮助车企更好、更快地完成从生产制造到移动出行等一系列业务。“在未来的智慧城市中,量子计算机将成为人工智能、机器学习等技术的推动者,并产生巨大的影响。”温克勒说。

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