從電機(jī)到機(jī)械臂，所有汽車組件均可利用強(qiáng)大的算法進(jìn)行分析。

作為寶馬汽車新興技術(shù)團(tuán)隊(duì)的成員，Lukas Müller的工作是對(duì)各種新技術(shù)進(jìn)行深入分析，以評(píng)估寶馬是否有望應(yīng)用這些技術(shù)。他并非首位考慮量子計(jì)算如何影響寶馬集團(tuán)造車方式的內(nèi)部員工，但他向SAE透露，寶馬正計(jì)劃駕馭更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)以打造更優(yōu)質(zhì)的未來汽車，而他所做的工作只是冰山一角。

今年6月，寶馬宣布將與Classiq和英偉達(dá)達(dá)成合作，共同研究最適合未來汽車的電氣和機(jī)械系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。他們的合作思路是利用量子計(jì)算開發(fā)出一種實(shí)時(shí)解決方案，將傳動(dòng)系看作線性方程組來分析動(dòng)力總成中可能包含的電機(jī)、電池、冷卻系統(tǒng)等一系列組件，從而提高汽車架構(gòu)的效率。

Classiq的技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理Erik Garcell告訴SAE：“電氣和機(jī)械系統(tǒng)非常復(fù)雜。在分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)時(shí)，必須考慮輸入這些系統(tǒng)的電力相位問題，以及開啟或關(guān)閉設(shè)備的時(shí)序問題，這樣才能確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。”

Garcell表示該項(xiàng)目最終將開發(fā)出一款車載設(shè)備，可根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算出需要開啟或關(guān)閉的設(shè)備，以及相應(yīng)的執(zhí)行順序。但由于目前尚未開發(fā)出可擴(kuò)展的量子系統(tǒng)，因此目前首先由量子計(jì)算機(jī)完成汽車生產(chǎn)前的復(fù)雜分析工作。接著，精簡(jiǎn)后的車載系統(tǒng)會(huì)利用這些分析結(jié)果，根據(jù)量子系統(tǒng)生成的規(guī)則來控制動(dòng)力總成的各個(gè)設(shè)備。Garcell表示，接下來就需要利用量子近似優(yōu)化算法(QAOA)來解決問題了。

他表示：“我們一直在嘗試優(yōu)化這套線性方程組系統(tǒng)，也就是由電氣組件構(gòu)成的傳動(dòng)系。如何優(yōu)化這個(gè)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)般的龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)?這并非一次性就能解決的問題，而是需要不斷向系統(tǒng)本身反饋數(shù)據(jù)。我們可將傳動(dòng)系看作一個(gè)圖形理論問題。通過使用QAOA算法進(jìn)行優(yōu)化，研究人員便能構(gòu)想出一個(gè)更高效的線性方程組系統(tǒng)，并將其與原系統(tǒng)進(jìn)行回溯比較，從而判斷哪個(gè)傳動(dòng)系更優(yōu)。具體而言就是分析哪些設(shè)備以怎樣的方式相連，數(shù)據(jù)以怎樣的方式互相傳輸，才能獲得最高效的線性方程。更高效的電子傳動(dòng)系通常能夠節(jié)省更多的能源。”

不過，據(jù)寶馬集團(tuán)的Müller介紹，必須首先了解量子計(jì)算機(jī)對(duì)優(yōu)化傳動(dòng)系的作用才能執(zhí)行整個(gè)優(yōu)化過程。了解機(jī)器人如何能將工作時(shí)間縮短幾毫秒(這是寶馬集團(tuán)的另一個(gè)量子計(jì)算項(xiàng)目)與通過仿真來研究最優(yōu)冷卻液管道厚度或如何優(yōu)化車內(nèi)的冷卻液流動(dòng)路徑皆然不同。

Müller表示：“我們決定從一個(gè)非常基礎(chǔ)的問題入手，選取汽車中的四個(gè)組件，并向算法提出問題，例如，‘這些組件之間采取怎樣的熱量傳遞和連接方式才能達(dá)到最高效率?’也許你會(huì)向算法提供一些解決方案，例如功率各不相同的冷卻設(shè)備，當(dāng)然這些方案可能會(huì)非常昂貴。而算法最終可能會(huì)輸出這樣的結(jié)果：‘最高效的解決方案是將這三個(gè)組件以A方式連接起來’，或是‘選擇這四個(gè)組件，將其中三個(gè)相連，另一個(gè)僅與B組件相連’。”

Classiq曾與羅羅公司(Rolls Royce)在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行過合作，也曾與其他汽車OEM有過合作經(jīng)歷。不過與寶馬的合作是Classiq能夠公開分享的首個(gè)汽車領(lǐng)域的項(xiàng)目。

Garcell稱：“量子計(jì)算機(jī)本質(zhì)上應(yīng)成為優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)的顛覆性技術(shù)。許多公司都在考慮使用這項(xiàng)技術(shù)，不僅是為了提高電動(dòng)車的效率，更是希望利用量子仿真技術(shù)研發(fā)性能更高的電池，創(chuàng)造出能夠加快充電速度或提高整體容量的全新電池化合物。汽車行業(yè)正在多個(gè)領(lǐng)域探究量子計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用。”

Müller透露，寶馬確實(shí)有一小部分人從事量子計(jì)算工作。他們進(jìn)行自主研究、撰寫論文并與外部公司合作。在2024年初，寶馬聯(lián)合空中客車(Airbus)舉辦了空客—寶馬集團(tuán)量子計(jì)算挑戰(zhàn)賽(ABQCC)，旨在“將量子技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)工業(yè)場(chǎng)景”。

在利用量子計(jì)算機(jī)研究電氣架構(gòu)之前，寶馬曾使用該技術(shù)檢驗(yàn)工廠的改進(jìn)措施。確切地說，檢驗(yàn)內(nèi)容是機(jī)器人在制造工廠中的移動(dòng)路徑規(guī)劃，而Müller當(dāng)時(shí)參與了其中的量子計(jì)算工作。寶馬并未直接在工廠中應(yīng)用量子計(jì)算生成的解決方案，即尚未在實(shí)際生產(chǎn)線上投入優(yōu)化后的機(jī)器人，而是正在研究哪些問題適合采用量子計(jì)算機(jī)解決，并評(píng)估可以提高多少速度和效率。

Müller稱：“優(yōu)化問題是我們關(guān)注的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，因?yàn)槲覀兠鎸?duì)許多需要優(yōu)化的任務(wù)。生產(chǎn)和設(shè)計(jì)汽車是其中最復(fù)雜的任務(wù)之一。如今，工廠對(duì)機(jī)械臂的應(yīng)用日漸增多，而我們總希望縮短其完成特定任務(wù)的時(shí)間，因?yàn)檫@會(huì)直接影響到生產(chǎn)汽車的速度。”

Müller以寶馬利用量子計(jì)算研究PVC的應(yīng)用策略為例向我們進(jìn)一步解釋：“我們面臨的主要問題是‘一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人完成這項(xiàng)工作的最佳順序是什么?’隨著處理的接縫數(shù)增加，可執(zhí)行的順序數(shù)量可能會(huì)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。如果機(jī)器人可使用不同類型的工具，比如角式噴嘴或雙噴嘴，那么問題就會(huì)變得更加復(fù)雜。即使只涉及到幾秒鐘，甚至不到一秒的用時(shí)變化，也會(huì)對(duì)后續(xù)流程產(chǎn)生影響。”