By Kenna Hughes-Castleberry gepostet am 25. November 2022
„Die Automobilwelt steht kurz davor, durch eine relativ neue Gruppe von Technologien gestört zu werden: Quanten“, erklärt Brian Lenahan, Leiter der Institut für Quantenstrategie in einem kürzlich Newsletter. Schon jetzt treibt die Automobilindustrie die Quantentechnologie durch Partnerschaften voran. Zu diesen Partnerschaften gehören D-Wave Systems und Volkswagen; Zapata Computing und Bosch; und sogar IBM Quanten u Mercedes-Benz. Mit Quantentechnologie wie Atomuhren oder Masern, die in unseren alltäglichen Geräten wie Batterien oder GPS verwendet werden, wird nur noch mehr kommen, um die Automobilindustrie zu stören und zu verändern.
Die Automobilindustrie bietet viele lukrative Möglichkeiten für Quantencomputing. Ein aktueller Artikel von McKinsey & Company schätzt, dass die wirtschaftlichen Auswirkungen von Technologien in dieser Branche zwischen 2 Milliarden und XNUMX Milliarden US-Dollar liegen werden 3 Milliarden Dollar bis 2030. Diese Technologien umfassen die Lösung von Optimierungsproblemen, neue Materialien für Elektrofahrzeuge und effizientere Fahrzeuge sowie aktuelle Fahrzeugmechaniken. In einer kürzlichen Partnerschaft mit Rolls-Royce, dem weltweit führenden Unternehmen für Quantencomputer Classiq-Technologien nutzt die Quantentechnologie, um diese vielen Anwendungen zu adressieren. „Es gibt viele Dinge, die wir nicht als Anwendungsfälle für Quanten bezeichnen, erklärt Amir Naveh, Mitbegründer und Chief Product Officer bei Classiq. „Wenn man sich wirklich damit beschäftigt, lässt sich fast jedes schwierige Rechenproblem am Ende auf ein Optimierungsproblem oder einen Löser für lineare Gleichungen oder etwas, das mit Quanten gelöst werden kann, abbilden.“
Eines dieser Probleme ist rechnerisch Flüssigkeitsdynamik, die etwa die Automobil- und Luftfahrtindustrie ausgeben 35 Milliarden Dollar jährlich zu testen und zu entwickeln. Mithilfe von Quantensimulationen können Ingenieure dieses System basierend auf der Simulation optimieren. Die Partnerschaft von Classiq mit Rolls-Royce arbeitet speziell an der Optimierung von Flüssigkeits- und Gassystemen, um Strahltriebwerke aerodynamischer und treibstoffeffizienter zu machen. Laut Rolls-Royce Fellow und Quantum Computing Lead Leigh Lapworth: „Das Potenzial von Quantencomputern zur drastischen Reduzierung von Simulationslaufzeiten kann nicht ignoriert werden, und die Arbeit, die wir heute leisten, stellt sicher, dass wir in der Lage sind, von Quantum Advantage zu profitieren, wenn es verfügbar ist.“
Quanten- und selbstfahrende Autos
Autonome Fahrzeuge werden voraussichtlich die nächste Generation von Fahrzeugen sein, da sie es den Fahrern ermöglichen, auf ihren täglichen Fahrten zur Arbeit und längeren Straßenfahrten andere Dinge zu tun. Damit autonome Fahrzeuge sicher sind und erfolgreich funktionieren, müssen sie in der Lage sein, große Datenmengen nahezu augenblicklich zu verarbeiten, von Verkehrsänderungen über Autounfälle bis hin zu Baustellen. „Sobald sie auf den Mainstream-Markt kommen, wird von autonomen Autos erwartet, dass sie bis zu XNUMX PS generieren 5 TB/Stunde von Daten, was es selbst für aktuelle Maschinen auf Supercomputer-Niveau äußerst komplex macht, sie zu simulieren und zu optimieren Fahrzeugführung, Datenverarbeitung und maschinelles Lernen, das mit autonomen Systemen einhergeht“, erklärte ein Artikel aus dem Jahr 2022. Dieser große, sich ständig ändernde Datenstrom kann die Aktionen aktueller autonomer Fahrzeuge einschränken und sie für die Passagiere weniger sicher machen. Quantum Computing kann eine Lösung für dieses Problem bieten, indem Daten schnell analysiert und verschiedene Optimierungs- oder Konfigurationsalgorithmen bereitgestellt werden.
Quanten- und Elektrofahrzeuge
Mit steigenden Benzinpreisen beginnen viele Autohersteller mit der Entwicklung von Elektrofahrzeugen (Elektrofahrzeuge). Aber der Prozess zur Herstellung dieser Elektrofahrzeuge ist alles andere als einfach, hauptsächlich aufgrund der Fahrzeugbatterien. Die meisten Batterien in Elektrofahrzeugen basieren auf Lithium-Ionen-Technologie, die sehr kostspielig ist. „Hohe Kaufpreise werden eine breitere Akzeptanz verhindern und die erhoffte Reduzierung des CO2022-Fußabdrucks verzögern“, a XNUMX Forbes Artikel ausgearbeitet. Die Kosten der in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Ressourcen sind teilweise auch auf Handelsprobleme zwischen Ländern wie den USA und den USA zurückzuführen China, was es für Autohersteller schwierig macht, die benötigten Teile zu bekommen. Um dieses Problem zu lösen, nutzen viele Quantenunternehmen Quantentechnologie, um neue potenzielle Batterien für Elektrofahrzeuge zu finden. „Aktuell ist unsere Haupthypothese, dass Quantencomputing gut als Technologie geeignet ist, die die Entwicklung von Batterien der nächsten Generation für Elektrofahrzeuge beeinflussen kann“, erklärte er Xanadu's Leiter der Algorithmen Juan Miguel Arrazola. „Bessere Batterien mit größerer Reichweite, schnellerem Laden, sichererem Betrieb, niedrigeren Kosten und nachhaltiger Entwicklung könnten die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen erheblich steigern, was die Automobilindustrie verändern würde. Es gibt viele vielversprechende Ansätze, die als potenzielle Wege zum Bau besserer Batterien untersucht werden, aber sie alle stehen vor Herausforderungen, die gelöst werden müssen, bevor sie kommerziell rentabel sind. Grundsätzlich beziehen sich diese Herausforderungen auf Quanteneigenschaften der Moleküle und Materialien, aus denen eine Batteriezelle besteht, die mit gängigen Methoden wie der Dichtefunktionaltheorie sehr schwer genau zu modellieren sind. Wir untersuchen, wie Quantencomputer verwendet werden können, um genauere Simulationen durchzuführen, die die Durchbrüche ermöglichen könnten, die zur Lösung der technischen und wissenschaftlichen Herausforderungen erforderlich sind, die derzeit die Realisierbarkeit neuer Batterietechnologien für Elektrofahrzeuge verhindern.“ Mit neuen Materialien und sogar Quantenbatterien kann die Entwicklung von Elektrofahrzeugen beschleunigt werden, wodurch mehr Menschen Zugang zu Elektroautos erhalten, was wiederum dazu beiträgt, den COXNUMX-Fußabdruck der Bevölkerung weiter zu verringern.
Die Automobilindustrie und Cybersicherheit
Mit Elektrofahrzeugen und autonomen Fahrzeugen wird sich Carjacking zweifellos gemeinsam mit der Automobilindustrie verändern. Aufgrund dieser zukünftigen Schwachstellen suchen viele Quantenunternehmen nach Möglichkeiten, die nächste Generation von Autos digital sicherer zu machen. „Die Automobilindustrie muss sich mit den Cybersicherheitsproblemen auseinandersetzen, die sich daraus ergeben Shors Algorithmus“, fügte Naveh hinzu, „wenn Sie in 10 Jahren Autos entwerfen und die Kommunikationsprotokolle entwerfen, müssen Sie das berücksichtigen.“ Niemand möchte sich vorstellen, aus seinem Auto ausgesperrt zu werden, oder noch schlimmer, sein Auto fährt ohne die Erlaubnis des Besitzers irgendwo hin. An der Entwicklung arbeiten quantensicher Algorithmen sind nicht nur von Vorteil, um digital sicherere Autos zu entwickeln, sondern kommen auch anderen Branchen wie Cybersicherheit, Finanzen und sogar Regierungen zugute.
Kenna Hughes-Castleberry ist Mitarbeiterin bei Inside Quantum Technology und Science Communicator bei JILA (eine Partnerschaft zwischen der University of Colorado Boulder und NIST). Ihre Beats beim Schreiben umfassen Deep Tech, Metaverse und Quantentechnologie.
