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研讨职员应用量子盘算机模仿下一代锂硫电池
著作人: 来路: 公布日期:2020/3/16 9:23:03 阅读次数:

美国国际商用呆板www.7763.com(IBM)和戴姆勒www.7763.com(Daimler AG)的研讨职员,应用量子盘算机,对三种含锂分子的偶极矩停止建模,并着眼于开辟下一代锂硫电池。

 

(图源:IBM官网)

盖世汽车讯 据外媒报道,美国国际商用呆板www.7763.com(IBM)和戴姆勒www.7763.com(Daimler AG)的研讨职员,应用量子盘算机,对三种含锂分子的偶极矩停止建模,并着眼于开辟下一代锂硫电池。

锂硫电池在运转进程中能够构成分子,比方LiH、H2S、LiSH,以及所需的Li2S产物。研讨职员模仿这些分子的基态能量和偶极矩。别的,他们还初次在量子硬件演出示,怎样用IBM Q Valencia(初级拜访5量子位量子盘算机)中的4个量子位盘算LiH的偶极矩。

IBM阿尔马登研讨中央(IBM Almaden Research Center)的研讨职员Jeannette Garcia指出,量子盘算机的功能并不比传统盘算机更优秀。任何外界搅扰都市使软弱的量子位元过早离开量子态,而量子态关于盘算来说至关紧张,因而无法停止故意义的盘算。但是,它们曾经在化学范畴表现出宏大的潜力,可以准确模仿庞大的分子。在传统盘算机上,这一进程既耗时又昂贵。

到现在为止,研讨职员可以经过准确对角化(或FCI,完全组态互相作用盘算),在规范盘算机上模仿出的最大化学题目,约莫包括22个电子和22个轨道,相称于并五苯分子中活泼空间的巨细。作为参考,在约莫4096个处置器上,对并五苯停止单次FCI迭代,约莫需求1.17个小时,而一次完好的盘算估计需求9天。关于一切较大的化学题目来说,要停止准确的盘算,将是一个非常迟缓和耗费内存的进程,因而需求在传统模仿进程中引入类似方案,由于传统模仿并不克不及包管一切化学题目的准确性和可接受性。值得一提的是,传统FCI办法所能到达的公道准确类似也在不时进步。这是一个活泼的研讨范畴,因而我们可以预期,传统FCI盘算的精确类似度也将不时提拔。

研讨职员Jeannette Garcia表现:“这便是量子盘算机的用武之地。与研讨职员试图模仿的分子一样,量子位元自身依据量子力学定律运作。关于可以表明其举动(如反响性)的分子,我们盼望量子盘算性能够准确预测一种新分子的性子,大大放慢仿真进程。研讨职员应用叠加和量子胶葛的共同属性,为量子位元的任务原理编程,有能够以比规范盘算机更无效的方法评价希冀参数。”

戴姆勒的研讨职员盼望,他们可以应用量子盘算机,停止下一代锂硫电池的设计,由于量子盘算机具有准确盘算和模仿根本举动的潜力。理解分子的电子云密度散布,特殊是偶极矩,关于了解电池中发作的种种景象至关紧张。通常状况下,高极性分子很容易吸引或排挤其他化合物的价电子,并经过电子转移发生反响,分子的偶极矩还决议了其对内部电场的呼应。因而,准确盘算分子的能量和偶极矩,是一个极具观点意义的题目,而且对LiS电池的化学具有紧张实用性。要完成这一目的,需求处理有关分子的薛定谔方程,关于传统盘算机来说,这是一个价钱昂贵的命题,除非引入类似方案。

量子盘算是处理数学题目的一种方法。与传统盘算方法相比,它在量子化学等浩繁范畴潜力更大。为了给薛定谔方程提供类似但高度准确的解法,人们提出了很多启示式办法,特殊是可变量子本征求解(VQE)。IBM研讨职员曾经证明,VQE可用于多种分子研讨,并且精确度高。

研讨职员Rice等人表现:”在这些乐成的鼓励下,以及思索到盘算能量和静电属性的紧张性,在本项任务中,我们就确定LiH、H2S、LiSH和Li2S的基态能量和沿键拉伸的偶极矩,评价了量子算法的体现。“为了确保量子硬件盘算精确,研讨职员还在传统盘算机上,应用IBM量子模仿器停止盘算。然后,他们在IBM Q Valencia上运转这些盘算,并对后果停止了比拟。(盖世汽车 Elisha)


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