展望新的电力浪潮 了解梅赛德斯-奔驰如何使用量子计算机设计更好的电池 (3:40)

梅赛德斯-奔驰押注量子计算,打造电动汽车的未来

尽管各种未来主义的设计在展台前光彩夺目,但电动汽车崛起的基础,其实是隐藏在幕后的一项远不那么引人注目的创新:电池技术多年来的渐进式进步。

现代锂离子电池——相同的技术为智能手机提供电力,并从太阳能电池阵列获取电力——为创造更加可持续的能源未来指明了道路。如今的锂离子动力汽车,拥有足以服人的续航里程和充电时间,价格范围也已触手可及。

但是,能否想象,下一代电池不仅是往前一步,而是巨大飞跃?电池性能如果能在一夜之间翻一番或两番——提高充电容量、延长电池寿命、减少热量造成的能量损失,并显著降低成本——那么这种进展仅仅对于交通运输的影响力,就可能震惊世界。

10 年

 

梅赛德斯的目标是:10 年后,插电式混合或全电动汽车超过其汽车销量的一半

3 年

 

IBM 的目标是:3 年后,推出首款 1,000 多个量子比特的量子计算机

开发并完善这些假想中的电池,将带来数十亿美元的商机。 Benjamin Boeser Director of Innovation Management Silicon Valley at Mercedes-Benz R&D, North America
为电力激增做好准备

梅赛德斯-奔驰的母公司戴姆勒股份公司的工程师预计,下一个巨大飞跃的方向可能是能量密度更高的电池技术——很可能是锂硫 (Li-S) 电池。梅赛德斯-奔驰北美研发中心的硅谷创新管理总监 Benjamin Boeser 表示,开发和完善这些假想中的电池可以“释放数十亿美元的商机”。但从绘图板到商业上可行的锂硫电池,本质上是一项庞大的化学实验——一项可能消耗多年时间、金钱、工程专业知识的研究计划。

理想情况下,在计算机上模拟众多分子特性和行为,在开始制作物理原型之前,探索和分析有希望的选择,是更有明智的做法。但有一个问题。即使对于像咖啡因这样的简单分子(一种由碳、氢、氮、氧组成的、深受人类喜爱的能量激活剂),分子中的量子态数量,以及四种基本元素系统之间相互作用的电子数量,也可能是巨大的。

创建单个咖啡因模拟,可能会压垮任何经典计算机的内存和计算能力,甚至是当今最强大的、充满房间的超级计算机。分子及其环境越大、越复杂,这个过程就越具有挑战性。

超越零和一

来了解一下量子计算机——一种不同的新兴技术,目前在 IBM 正处于开发快车道上。量子计算将一些非常抽象的物理理论,提炼成一种全新的计算能力,似乎是专门为处理曾经无法解决的复杂问题而设计的。量子计算依赖于“量子比特”,而不是代表 0 和 1 的磁性“比特”,由于一些非常奇怪的量子力学现象,量子比特可以比经典比特代表更多的信息。随着量子计算机中每个量子比特的增加,其性能会翻倍——运行曾经难以处理的复杂算法的能力,将呈指数级提升。

虽然量子计算的底层物理原理令人眼花缭乱,但其核心优势很简单——具有突破性的潜力,可以快速执行大量计算,精确模拟大自然的构成要素。

十年听起来很遥远,但实际上,对于很多企业来说,十年完全在正常的规划和投资范围之内。 Dario Gil Director IBM Research
量子力学与传统力学的结合

分子模拟的一个主要目的是找到化合物的“基态”——其最稳定的构型。量子比特本身按照量子力学定律运行,就像研究人员需要模拟的分子一样。尽管还处于起步阶段,但随着时间的推移,量子比特的稳定性应该会变得更好。人们希望,当这成为现实之后,量子计算机可以大大加快模拟过程——更不用说数十个其他数据密集型任务,应用遍及各个行业。与梅赛德斯-奔驰合作进行现实世界电池研究,只是基础工作的一方面,最终将使量子计算取得商业成果。

“该领域正在以健康的速度发展,”梅赛德斯-奔驰的 Boeser 先生说道。“但每个熟悉这项技术和研究的人都知道,它仍处于起步阶段,我们仍然需要做很多工作。”梅赛德斯-奔驰正在推进向零排放移动出行的转型。可持续发展是梅赛德斯-奔驰企业战略的关键要素之一,同时也是企业成功的基准。

这些目标在一句话中得到了明确的定义:未来 20 年里,梅赛德斯-奔驰汽车的目标是拥有一支碳中和的新型乘用车车队,并计划到 2030 年,插电式混合动力或全电动汽车占其汽车销量超过 50%。

IBM 研究院总监 Dario Gil 表示:“十年听起来很遥远,但实际上,对于许多企业来说,十年完全在规划和投资的正常范围内。”看看路边,也许就有一辆锂硫动力汽车。

关于梅赛德斯-奔驰

梅赛德斯-奔驰是全球最大的高档汽车生产商之一,也是最大的商用车制造商,业务遍及全球。该公司提供融资、租赁、车队管理、保险和创新移动服务。

关于 IBM Quantum Network

IBM Quantum Network 是一个由财富 500 强企业、学术机构、初创企业和国家研究实验室组成的社区,与 IBM 合作推进量子计算。

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2021 年 3 月在美国制作。

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