Nissan iesaista kvantu skaitļošanu aerodinamikā, lai paātrinātu elektroauto izstrādi

Kvantu dators vēl neaizstāj vēja tuneli.

Quemix paziņoja, ka kopā ar Nissan sācis izstrādes projektu aerodinamikas analīzes programmatūrai, kas izmanto kvantu skaitļošanu. Tās pamatā ir hibrīds kvantu un klasiskās skaitļošanas algoritms, kas paredzēts nākotnes Early FTQC kvantu datoriem, proti, agrīnām kļūmju tolerantām iekārtām. Kvantu simulatorā jaunā metode ar augstu precizitāti atkārtoja parastās klasiskās aerodinamikas analīzes rezultātus. Nissan un Quemix par šo tehnoloģiju iesniedza arī patentu pieteikumus.

Vienai būtiskai detaļai vajag piesardzīgāku skaidrojumu. Nissan neapgalvo, ka rītdienas Ariya, Leaf vai Qashqai taps kvantu datorā. Uzņēmumi algoritmu pārbaudīja kvantu simulatorā, nevis reālā kvantu datorā sērijveida automobiļa izstrādes procesā. Tas padara ziņu piezemētāku, taču ne mazāk nozīmīgu. Auto izstrādē priekšrocības iegūst tas ražotājs, kurš spēj aprēķināt gaisa plūsmu ap desmitiem vai simtiem virsbūves variantu, pirms tērē laiku vēja tunelī un naudu fiziskiem prototipiem.

Kāpēc elektroauto aerodinamika kļuvusi svarīgāka nekā jebkad.

Aerodinamika nav tikai pretestības mazināšana uz šosejas. Tā ietekmē elektroauto nobraukumu, reālo slodzi akumulatoram, vēja troksni, dzesēšanas gaisa plūsmu, bremžu temperatūru un pat apakšdaļas aizsardzību. Eiropā spiedienu palielina vēl viens faktors. Jaunu vieglo automobiļu CO2 mērķrādītāji kļūst stingrāki: Eiropas Vides aģentūra kā mērķi 2025. līdz 2029. gadam min 93,6 g/km, 2030. līdz 2034. gadam 49,5 g/km, bet 2035. gadam 0 g/km.

Tāpēc Nissan aerodinamiku uztver kā skaitļošanas uzdevumu. Ikviena virsbūves detaļa, spogulis, riteņa arka, apakšējais pārsegs, dzesēšanas atvere un aizmugurējā mala gaisa plūsmā rada turbulenci. Klasiskā CFD jeb skaitļošanas šķidrumu dinamika inženieriem sniedz milzīgu informācijas apjomu, taču prasa laiku un skaitļošanas jaudu. Nissan savā tehniskajā apskatā jau 2022. gadā norādīja, ka CFD prasa ievērojamus resursus un laiku, un ka uzņēmums izstrādā mašīnmācīšanā balstītu aizstājējmodeli, lai apgūtu saikni starp automobiļa formu un CFD rezultātiem, prognozējot spiedienu, gaisa ātrumu un pretestības koeficientu.

Jaunais algoritms darbu sadala starp divām pasaulēm.

Nissan un Quemix pieeja visu aerodinamikas problēmu nenodod kvantu datoram. Klasiskais dators aprēķina ieplūdes un izplūdes nosacījumus, kā arī ar kustīgiem objektiem saistītās daļas. Kvantu dators uzņemas šķidrumu dinamikas kodolu, tostarp nekustīgu objektu robežas. Šāds darba dalījums ir loģisks, jo agrīnie kļūmju tolerantās kvantu skaitļošanas datori nepiedāvās neierobežotu skaitļošanas jaudu.

Tehniskais klupšanas akmens ir robežnosacījumi. Vienkāršs kubs vai regulārs režģis kvantu algoritmam ir daudz vieglāks uzdevums nekā īsta automobiļa virsbūve, kur virsmas liecas, detaļas krustojas, bet gaisa plūsma ap riteņiem, apakšdaļu un aizmuguri kļūst ārkārtīgi sarežģīta. Quemix norāda, ka šiem robežnosacījumiem nepieciešamās kvantu shēmas ātri kļūst pārāk lielas. Jaunais hibrīdalgoritms mēģina atbrīvot šo šauro vietu, daļu smagā darba atstājot klasiskajam datoram.

Nissan šajās sacensībās nav viens.

Nozarē augsta līmeņa izstrāde virzās tajā pašā virzienā: mazāk fizisku testu, vairāk digitālu iterāciju. 2026. gada aprīlī IBM un Dallara paziņoja, ka to fizikā balstītais mākslīgā intelekta modelis aptuveni 10 sekundēs spēj novērtēt LMP2 tipa sacīkšu automobiļa aizmugurējā difuzora variantus, kamēr parastajai CFD vajadzīgas stundas. IBM un Dallara paralēli pēta arī kvantu un klasiskās pieejas, lai vēlāk tās izmantotu sarežģītākās simulācijās.

Nissan priekšrocība ir tā, ka uzņēmums datorsimulāciju neuzskata par laboratorijas kuriozu. AMD gadījuma izpētē aprakstīts, kā Nissan, pārejot uz Microsoft Azure virtuālajām mašīnām ar AMD EPYC procesoriem, par 30 procentiem uzlaboja sadursmju simulāciju veiktspēju un par 20 procentiem samazināja attiecīgās CAE darbplūsmas kopējās izmaksas. Tas parāda, cik nopietni Nissan skaitļošanas jaudu uztver kā automobiļu izstrādes paātrinātāju.

Pircējiem rezultāts varētu būt klusāks un efektīvāks automobilis.

Kvantu dators pats par sevi nepadarīs Nissan nākamo elektroauto pievilcīgāku. Taču šāds rīks inženieriem varētu dot iespēju pārbaudīt vairāk virsbūves un apakšdaļas variantu, optimizējot gaisa plūsmu, pirms procesā ienāk dārgs fizisks prototips. Eiropas klientiem rezultāts varētu izpausties ļoti konkrēti: par dažiem procentiem mazāks enerģijas patēriņš uz šosejas, zemāks vēja troksnis un garāks reālais elektriskais nobraukums.

Lielākā vērtība slēpjas laikā. Elektroauto izstrāde rit ātri, Ķīnas ražotāji spiež cenas lejup, bet Eiropas regulējums liek pievērst uzmanību katram gramam. Ja Nissan spēs ieviest kvantu un klasiskās aerodinamikas programmatūru reālā izstrādes procesā, uzņēmums varētu saīsināt testēšanas ciklus un agresīvāk meklēt formas, kas labi izskatās un vienlaikus šķeļ gaisu ar mazākiem enerģijas zudumiem.

Tehniskais kopsavilkums.

Nissan un Quemix izstrādā kvantu un klasiskās skaitļošanas aerodinamikas simulācijas programmatūru.

Sistēma paredzēta nākotnes Early FTQC kļūmju tolerantajiem kvantu datoriem.

Klasiskais dators aprēķina ieplūdi, izplūdi un ar kustību saistītos elementus, bet kvantu dators apstrādā šķidrumu dinamikas kodolu.

Kvantu simulatorā algoritms ar augstu precizitāti atkārtoja klasiskās LBM aerodinamikas analīzes rezultātus.

Eiropas tirgū lielākie iespējamie ieguvumi ir mazāks enerģijas patēriņš, garāks elektriskais nobraukums un ātrāka modeļu izstrāde.