量子計(jì)算機(jī)有望在汽車業(yè)大顯身手

面對(duì)道路上日益增多的汽車和日漸復(fù)雜的交通狀況，汽車廠商在不斷尋找各種新的解決方案，自動(dòng)駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)和共享出行等新趨勢(shì)方興未艾。在數(shù)字化時(shí)代，汽車變得越來(lái)越智能，但隨之產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算和處理能力提出了更高的要求。當(dāng)前，大眾、戴姆勒、福特和博世等汽車及零部件廠商紛紛押寶量子計(jì)算機(jī)，希望利用量子計(jì)算機(jī)“逆天”的計(jì)算能力和速度，來(lái)合理規(guī)劃出行路線以減少道路擁堵、優(yōu)化汽車零部件的設(shè)計(jì)和提高電動(dòng)電池的能量密度等。

量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。相比傳統(tǒng)二進(jìn)制計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)的最大區(qū)別在于：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)只能按照時(shí)間順序一個(gè)個(gè)地解決問(wèn)題，而量子計(jì)算機(jī)卻可以同時(shí)解決多個(gè)問(wèn)題。量子計(jì)算機(jī)以一小部分的能量并行執(zhí)行數(shù)千項(xiàng)操作，因此它可以在幾秒鐘內(nèi)解決問(wèn)題，而數(shù)字計(jì)算機(jī)往往需要幾天、幾個(gè)月或幾年的時(shí)間。因此，量子計(jì)算機(jī)在計(jì)算能力和速度方面，具有決定性優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)今社會(huì)，不管是手機(jī)還是汽車，各類軟件和應(yīng)用程序?qū)映霾桓F，作為傳統(tǒng)工業(yè)的汽車業(yè)也變得越來(lái)越依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)。目前，雖然汽車制造商仍能從傳統(tǒng)二進(jìn)制計(jì)算機(jī)中獲得巨大便利，積累競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力和速度已經(jīng)無(wú)法滿足汽車行業(yè)更高層次的需求，這時(shí)將量子計(jì)算機(jī)與汽車業(yè)相結(jié)合就成為必由之選。推出了世界上第一臺(tái)商用量子計(jì)算機(jī)的加拿大D-Wave科技公司負(fù)責(zé)人波·埃瓦爾德表示：“量子計(jì)算機(jī)是一種完全不同的計(jì)算機(jī)思維方式?！?/p>

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參加過(guò)大型展會(huì)的人恐怕都有過(guò)這樣的經(jīng)歷，那就是在展會(huì)結(jié)束后數(shù)千人同時(shí)離開會(huì)場(chǎng)，周邊道路瞬間變得水泄不通。不過(guò)，前不久在葡萄牙里斯本舉辦的網(wǎng)絡(luò)峰會(huì)上，參會(huì)者可以通過(guò)下載一款由大眾汽車集團(tuán)和D-Wave設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序來(lái)獲悉前往某一目的地的最佳路線。該款應(yīng)用程序正是利用了量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力和速度，可以提供展會(huì)周邊的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)，以達(dá)到緩解交通擁堵和減少空氣污染的目的。“我們認(rèn)為，這款程序能夠有效優(yōu)化交通通行環(huán)境、減少交通事故。”大眾汽車集團(tuán)首席科學(xué)家弗洛里安·諾伊卡爾特表示，“我們已經(jīng)開始在不同的城市進(jìn)行試驗(yàn)?！?/p>

事實(shí)上，大眾并不是惟一一家涉足量子計(jì)算的汽車廠商。去年9月，福特與美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的量子人工智能實(shí)驗(yàn)室（QuAIL）簽署了一份價(jià)值10萬(wàn)美元的合同，福特由此可以使用NASA的量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)駕駛汽車的研究，以解決汽車領(lǐng)域最熱門的路線優(yōu)化問(wèn)題。此外，福特還希望利用量子計(jì)算機(jī)來(lái)提高汽車制造工廠的生產(chǎn)效率。日本汽車零部件生產(chǎn)巨頭電裝和豐田通商也正致力于利用D-Wave的量子計(jì)算機(jī)來(lái)規(guī)劃交通路線，以避免擁堵。

早在2017年，大眾汽車集團(tuán)就開始與谷歌以及D-Wave合作，大眾首席信息官馬丁·霍夫曼表示，當(dāng)時(shí)他們?cè)谘芯緿-Wave的量子計(jì)算機(jī)能否為該集團(tuán)提供實(shí)際幫助。2017年12月，大眾方面發(fā)表了一項(xiàng)突破性研究，表示通過(guò)使用量子計(jì)算機(jī)搜集了北京上萬(wàn)輛出租車提供的交通數(shù)據(jù)，為前往機(jī)場(chǎng)的出租車設(shè)計(jì)出最有效的交通路線，甚至不會(huì)出現(xiàn)擁堵。

福特量子計(jì)算機(jī)研究技術(shù)專家喬伊迪普·高希表示：“如果能把交通擁堵等實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)算法映射到量子硬件上，我們就能更快地解決這些問(wèn)題。”福特將量子計(jì)算作為公司的一項(xiàng)戰(zhàn)略重點(diǎn)來(lái)發(fā)展。

德國(guó)未來(lái)學(xué)家斯文·揚(yáng)斯基認(rèn)為，大眾的試驗(yàn)也許是未來(lái)取消交通燈等基礎(chǔ)交通設(shè)施的關(guān)鍵所在。“未來(lái)我們不需要紅綠燈，通過(guò)量子計(jì)算機(jī)向城市車輛發(fā)送速度和方向控制的命令，交通堵塞將變得不復(fù)存在?！睋P(yáng)斯基說(shuō)。

■ 提高電池性能

量子計(jì)算機(jī)不僅可以幫助車企優(yōu)化交通運(yùn)行路線、減少交通擁堵，還可以幫助他們實(shí)現(xiàn)一些技術(shù)難點(diǎn)的突破，例如動(dòng)力電池能量密度的提升。

去年6月，大眾內(nèi)部研究人員首次成功地利用量子計(jì)算機(jī)模擬動(dòng)力電池相關(guān)分子，這對(duì)于高性能電動(dòng)汽車電池的開發(fā)尤為重要，專家們已經(jīng)成功地模擬了諸如鋰氫和碳鏈等分子，現(xiàn)在他們正在研究更復(fù)雜的化合物。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，大眾方面希望在量子計(jì)算機(jī)上模擬完整的電動(dòng)汽車電池的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以開發(fā)和生產(chǎn)能量密度更高的動(dòng)力電池。大眾專家利用新開發(fā)的算法，為在量子計(jì)算機(jī)上模擬和優(yōu)化高性能電動(dòng)汽車電池的化學(xué)結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。這種量子算法可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，如輕量化、最大功率密度或電池組件來(lái)模擬電池的化學(xué)成分，這將有助于加快電池的開發(fā)過(guò)程，避免時(shí)間和資源的浪費(fèi)。

目前，奔馳研發(fā)部門正在研究如何利用量子計(jì)算機(jī)來(lái)探索發(fā)現(xiàn)未來(lái)十年內(nèi)可用于電動(dòng)汽車高級(jí)電池的新材料。奔馳北美研發(fā)中心創(chuàng)新主管本杰明·波澤表示：“發(fā)現(xiàn)新型電池材料可開啟價(jià)值10億美元的機(jī)遇，我們可以用量子計(jì)算機(jī)模擬電池的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這是目前普通二進(jìn)制計(jì)算機(jī)無(wú)法做到的?！碑?dāng)前，戴姆勒正與美國(guó)計(jì)算機(jī)巨頭IBM的量子計(jì)算部門合作，目標(biāo)是在未來(lái)5至10年左右，在動(dòng)力電池領(lǐng)域部署下一代計(jì)算能力。此外，戴姆勒還在生產(chǎn)制造工廠中利用量子計(jì)算機(jī)模擬各種焊接場(chǎng)景的可能性。

全球最大的汽車零部件供應(yīng)商博世集團(tuán)近期也已收購(gòu)了從美國(guó)哈佛大學(xué)拆分出來(lái)的薩帕塔計(jì)算公司的部分股份。薩帕塔計(jì)算公司的目標(biāo)是成為量子算法領(lǐng)域的引領(lǐng)者。博世方面預(yù)測(cè)，未來(lái)10年，市場(chǎng)對(duì)量子計(jì)算類的應(yīng)用軟件需求可能達(dá)到數(shù)十億美元。因此，汽車廠商希望在這項(xiàng)有望改變汽車業(yè)“游戲規(guī)則”的新技術(shù)上加大投資，不管是移動(dòng)出行還是人工智能，或是汽車零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及電池材料的探索，量子計(jì)算都有望發(fā)揮更大的作用。

■ 德國(guó)車企領(lǐng)先

當(dāng)前在量子計(jì)算領(lǐng)域，美國(guó)和中國(guó)領(lǐng)先世界，雙方的競(jìng)爭(zhēng)已進(jìn)入白熱化階段，而歐洲已經(jīng)明顯落后。為了迎頭趕上，歐盟委員會(huì)近期已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)為期10年的計(jì)劃，計(jì)劃提供10億歐元資金，促進(jìn)該地區(qū)量子技術(shù)的研發(fā)。德國(guó)久負(fù)盛名的于利希研究中心正在利用其中一部分資金，計(jì)劃在3年內(nèi)設(shè)計(jì)和制造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。

隨著越來(lái)越多資金流入這一領(lǐng)域，量子計(jì)算技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用是遲早的事情。雖然目前歐洲在量子計(jì)算領(lǐng)域落后于中、美兩國(guó)，但歐洲車企，尤其是德國(guó)車企深具全球化眼光和前瞻性思維，已經(jīng)開始將量子計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于汽車業(yè)，遙遙領(lǐng)先于全球其他車企。

據(jù)悉，大眾對(duì)量子計(jì)算技術(shù)的前景非常有信心，已在美國(guó)為3項(xiàng)相關(guān)技術(shù)申請(qǐng)了專利，并計(jì)劃利用該技術(shù)在一些試點(diǎn)城市創(chuàng)建“空中交通控制”系統(tǒng)。歐洲汽車分析師馬庫(kù)斯·溫克勒認(rèn)為，未來(lái)，大眾、福特等量子計(jì)算方面的先行者有望在這一顛覆性技術(shù)領(lǐng)域搶占先機(jī)，率先實(shí)現(xiàn)盈利。

量子計(jì)算技術(shù)可以幫助車企更好、更快地完成從生產(chǎn)制造到移動(dòng)出行等一系列業(yè)務(wù)?！霸谖磥?lái)的智慧城市中，量子計(jì)算機(jī)將成為人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的推動(dòng)者，并產(chǎn)生巨大的影響。”溫克勒說(shuō)。

(責(zé)編：李碩)

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