Hyundai собирается улучшить производительность литиевых аккумуляторов с помощью квантовых вычислений, а поможет ей в этом американский стартап IonQ, разработавший квантовый компьютер на основе ионных ловушек. Партнерство предусматривает создание крупнейшей в мире химической модели батареи для изучения соединений лития и их реакций. Конечная цель исследования — найти новые типы первичных материалов, которые могут повысить безопасность, долговечность и емкость батарей при одновременном снижении стоимости.
Суть партнерства Hyundai и IonQ заключается в создании новых версий алгоритма Variational Quantum Eigensolver (решатель переменных квантовых собственных значений) для расчета структуры и энергии оксида лития. Этот алгоритм является полуклассическим, то есть включает лишь небольшую квантовую часть, а дальнейшая оптимизация происходит на классическом компьютере. Несколько лет назад для расчета структуры гидрида бериллия, а также энергии молекулы водорода с химической точностью использовался переменный квантовый решатель. В чем преимущества таких расчетов?
В отличие от обычных компьютеров, оперирующих битами с двумя граничными значениями, квантовые используют их аналоги — кубиты. Эти единицы информации также имеют два основных состояния, но могут находиться и в так называемой суперпозиции, то есть могут быть одновременно и нулем, и единицей. Именно благодаря этому свойству алгоритмы квантовых компьютеров работают над всеми возможными решениями параллельно. Теоретически любой квантовый объект может выступать в роли кубита, поэтому существует довольно много их физических реализаций.
Крупные компании, такие как Google и IBM, создают квантовые компьютеры на основе сверхпроводников. А IonQ — на ионных ловушках, удерживающих изолированные ионы иттербия в магнитном поле. На сайте стартапа можно узнать, что атомы этого редкоземельного металла идентичны и постоянны, поэтому их используют даже в атомных часах. Частицы охлаждаются (температура чуть выше абсолютного нуля (-273,15 ° C) необходима для снижения шума и улучшения производительности кубитов) с помощью комбинации двух методов лазерного охлаждения: разрешенной боковой полосы и доплеровского. Это дешевле и проще, чем делать низкотемпературные компьютерные саркофаги на основе проводников.
Кубиты управляются специальным логическим элементом — квантовым вентилем. В квантовом компьютере IonQ это реализовано с помощью массива отдельных лазерных лучей плюс один «глобальный». Пересечение двух лучей создает так называемый тон биений, который «переключает» кубит. Результат расчета (вероятностное распределение откликов алгоритма) считывается при одновременном освещении всех ионов резонансным лазером. Этот процесс уничтожает любую сложную квантовую информацию и переводит каждый кубит в одно из двух состояний. Согласно IonQ, их квантовая система обладает высокой точностью, и правильно прочитать состояние кубита удается в 98–99,97 процентах случаев.
Источник: Hyundai, IonQ
«Электричка» Kia для России и другие аккумуляторные автомобили
