宝马集团，空中客车和Quantinuum合作！量子研究燃料电池取得新进展

宝马集团，空中客车和 Quantinuum 开发 了一种混合量子经典工作流程，以便使用量子计算来进行模拟研究，尤其是燃料电池中催化剂的化学反应。

在一篇新的技术论文中，三位作者描述了对铂基催化剂表面的氧还原反应（ORR）的精确建模，论文题目是“量子计算在氧还原反应模拟中的应用”。ORR是将氢气和氧气转化为燃料电池中的水和电的过程，反应速度较慢，需要大量的铂催化剂，对更好地了解反应中涉及的潜在机理具有极大的价值。

氢是低碳和可持续交通的优质能源。为了大规模采用，需要提高氢电转换的效率。电催化氧还原反应（ORR）的动力学是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的主要瓶颈，因此开发新的正极材料至关重要。新催化剂的计算设计可以缩短开发时间，但由于ORR的复杂性，该过程的原子级建模具有挑战性。此外，催化物质可能表现出很强的电子相关性，无法用密度泛函理论（DFT）等低成本方法严格准确地描述。由于计算成本高，准确的从头算方法传统上通常不适用于此类系统，但由于量子计算的快速发展，这很快就会实现。

相关研究人员表示：他们提出了ORR在纯铂和铂封端钴表面上的首次经典与量子计算研究，展示了量子计算方法对复杂催化问题的适用性，还展示了在InQuanto中实现这种工作流程的可行性，并在H1-1离子阱量子计算机上进行了演示。最重要的是，研究表明了Pt与Co催化剂上的ORR包含强相关物剂，这是证明未来量子优势的良好测试案例。

Quantinuum H1 一代目前由两台计算机 H1-1 和 H1-2 组成，可通过云完全访问，并与各种软件框架兼容。

（图片来源：网络）

Quantinuum System Model H2 于 2023 年 5月发布，是其最新一代的量子计算机，H2 的功能最初包括32个完全连接的高保真量子比特和一个全新的架构，该架构改进了系统模型H1的线性设计（带有一个椭圆形类似于“跑道”的新离子阱）。Quantinuum通过展示32量子比特GHZ状态（所有32个量子比特全局纠缠的非经典状态）展示了H2的能力，这是有记录以来最大的。

宝马集团研究技术副总裁Peter Lehnert博士说：“循环性和可持续交通促使我们寻求新材料，以创造更高效的产品，并塑造未来的优质用户体验。加速的量子计算硬件为我们提供了合适的工具，能够模拟材料特性以达到相关的化学精度，进而加快这一决定性领域的创新速度。”

腔室内部（图片来源：网络）

Airbus公司中央研究与技术副总裁Isabell Gradert说：“宝马集团认识到量子计算的变革潜力及其在新材料研究方面的重要性，它可以实现更快、更高效的科学流程。

首次使用量子计算接近并准确模拟最基本的电化学过程，这标志着朝着可持续能源转型迈出了实质性的一步，使金属空气电池和其他效率更高的产品受益。

我们在寻求可持续的氢动力替代品，例如可以使用燃料电池发动机运行的ZEROe飞机。该研究证实，量子计算可以满足航空方面的需求。”

Airbus公司已经确定氢是提供低碳飞机动力的重要能源，因为它由可再生能源产生，在飞行时不排放二氧化碳。Airbus计划在未来几年内开始在其ZEROe演示飞机上测试氢动力燃料电池推进系统。该公司的目标是到2035年开发世界上第一架氢动力商用飞机进入市场。

Quantinuum是世界上最大的独立量子计算公司，由霍尼韦尔量子解决方案的硬件与剑桥量子的中间件和应用程序相结合而成。

研究小组希望深入研究ORR反应，帮助他们确定可以提高燃料电池性能并降低生产成本的替代材料。由于所涉及的化学机制的量子特性，准确模拟ORR等化学反应对于经典计算机来说是一项棘手的任务。这三家公司计划进一步合作，探索使用量子计算来解决相关的行业挑战。

编译：卉可

编辑：慕一

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