寶馬集團，空中客車和 Quantinuum 開發(fā) 了一種混合量子經(jīng)典工作流程，以便使用量子計算來進行模擬研究，尤其是燃料電池中催化劑的化學反應。

在一篇新的技術論文中，三位作者描述了對鉑基催化劑表面的氧還原反應（ORR）的精確建模，論文題目是“量子計算在氧還原反應模擬中的應用”。ORR是將氫氣和氧氣轉化為燃料電池中的水和電的過程，反應速度較慢，需要大量的鉑催化劑，對更好地了解反應中涉及的潛在機理具有極大的價值。

氫是低碳和可持續(xù)交通的優(yōu)質(zhì)能源。為了大規(guī)模采用，需要提高氫電轉換的效率。電催化氧還原反應（ORR）的動力學是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的主要瓶頸，因此開發(fā)新的正極材料至關重要。新催化劑的計算設計可以縮短開發(fā)時間，但由于ORR的復雜性，該過程的原子級建模具有挑戰(zhàn)性。此外，催化物質(zhì)可能表現(xiàn)出很強的電子相關性，無法用密度泛函理論（DFT）等低成本方法嚴格準確地描述。由于計算成本高，準確的從頭算方法傳統(tǒng)上通常不適用于此類系統(tǒng)，但由于量子計算的快速發(fā)展，這很快就會實現(xiàn)。

相關研究人員表示：他們提出了ORR在純鉑和鉑封端鈷表面上的首次經(jīng)典與量子計算研究，展示了量子計算方法對復雜催化問題的適用性，還展示了在InQuanto中實現(xiàn)這種工作流程的可行性，并在H1-1離子阱量子計算機上進行了演示。最重要的是，研究表明了Pt與Co催化劑上的ORR包含強相關物劑，這是證明未來量子優(yōu)勢的良好測試案例。

Quantinuum H1 一代目前由兩臺計算機 H1-1 和 H1-2 組成，可通過云完全訪問，并與各種軟件框架兼容。

（圖片來源：網(wǎng)絡）

Quantinuum System Model H2 于 2023 年 5月發(fā)布，是其最新一代的量子計算機，H2 的功能最初包括32個完全連接的高保真量子比特和一個全新的架構，該架構改進了系統(tǒng)模型H1的線性設計（帶有一個橢圓形類似于“跑道”的新離子阱）。Quantinuum通過展示32量子比特GHZ狀態(tài)（所有32個量子比特全局糾纏的非經(jīng)典狀態(tài)）展示了H2的能力，這是有記錄以來最大的。

寶馬集團研究技術副總裁Peter Lehnert博士說：“循環(huán)性和可持續(xù)交通促使我們尋求新材料，以創(chuàng)造更高效的產(chǎn)品，并塑造未來的優(yōu)質(zhì)用戶體驗。加速的量子計算硬件為我們提供了合適的工具，能夠模擬材料特性以達到相關的化學精度，進而加快這一決定性領域的創(chuàng)新速度?！?/p>

腔室內(nèi)部（圖片來源：網(wǎng)絡）

Airbus公司中央研究與技術副總裁Isabell Gradert說：“寶馬集團認識到量子計算的變革潛力及其在新材料研究方面的重要性，它可以實現(xiàn)更快、更高效的科學流程。

首次使用量子計算接近并準確模擬最基本的電化學過程，這標志著朝著可持續(xù)能源轉型邁出了實質(zhì)性的一步，使金屬空氣電池和其他效率更高的產(chǎn)品受益。

我們在尋求可持續(xù)的氫動力替代品，例如可以使用燃料電池發(fā)動機運行的ZEROe飛機。該研究證實，量子計算可以滿足航空方面的需求?！?/p>

Airbus公司已經(jīng)確定氫是提供低碳飛機動力的重要能源，因為它由可再生能源產(chǎn)生，在飛行時不排放二氧化碳。Airbus計劃在未來幾年內(nèi)開始在其ZEROe演示飛機上測試氫動力燃料電池推進系統(tǒng)。該公司的目標是到2035年開發(fā)世界上第一架氫動力商用飛機進入市場。

Quantinuum是世界上最大的獨立量子計算公司，由霍尼韋爾量子解決方案的硬件與劍橋量子的中間件和應用程序相結合而成。

研究小組希望深入研究ORR反應，幫助他們確定可以提高燃料電池性能并降低生產(chǎn)成本的替代材料。由于所涉及的化學機制的量子特性，準確模擬ORR等化學反應對于經(jīng)典計算機來說是一項棘手的任務。這三家公司計劃進一步合作，探索使用量子計算來解決相關的行業(yè)挑戰(zhàn)。

編譯：卉可

編輯：慕一

特此說明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點與數(shù)據(jù)。 —— end——