Việc chuyển sang sử dụng xe điện (EV) là chìa khóa để giảm lượng khí thải carbon và tại châu Âu, 23,6% doanh số bán xe mới năm ngoái là xe điện hoặc xe hybrid cắm điện. Tuy nhiên, bất chấp các khoản đầu tư của ngành ô tô, vẫn còn nghi ngờ về tính khả thi của việc cấm xe chạy bằng xăng vào năm 2035, đặc biệt là do chi phí của xe điện, hiệu suất, việc bảo dưỡng và việc thiếu cơ sở hạ tầng sạc. Để giải quyết những thách thức này, các nhà sản xuất ô tô lớn đang hợp tác với EU và các chính phủ, thậm chí sử dụng điện toán lượng tử để đẩy nhanh tiến độ.
Những cơ hội mà điện toán lượng tử mang lại trong lĩnh vực ô tô là rất lớn. Ước tính mới nhất của McKinsey cho thấy công ty có thể tạo ra giá trị kinh tế bổ sung từ 50 tỷ đến 100 tỷ đô la Mỹ cho lĩnh vực này vào năm 2035 bằng cách tối ưu hóa nhiều khía cạnh của quy trình sản xuất.
Nhưng chính xác thì điện toán lượng tử là gì? Điều gì khiến nó trở nên mang tính cách mạng?
Máy tính lượng tử dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử để xử lý thông tin theo cách khác so với máy tính cổ điển. Bằng cách sử dụng qubit có thể là 0 hoặc 1, nó có thể giải quyết các vấn đề phức tạp nhanh hơn nhiều. Không giống như máy tính truyền thống, kiểm tra từng giải pháp một, máy tính lượng tử có thể đánh giá tất cả các kết hợp cùng một lúc.
Hãy lấy ví dụ về ổ khóa mã số. Một máy tính cổ điển sẽ thử từng tổ hợp một cho đến khi tìm thấy tổ hợp đúng: 0000, 0001, 0002, v.v. Mặt khác, máy tính lượng tử sẽ kiểm tra tất cả các kết hợp cùng lúc, giải quyết vấn đề nhanh hơn nhiều.
Máy tính lượng tử có tiềm năng biến đổi ngành công nghiệp ô tô và đẩy nhanh quá trình áp dụng xe điện (EV) và xe tự hành, đặc biệt tác động đến hai lĩnh vực chính: phạm vi hoạt động của pin và cơ sở hạ tầng sạc.
Một trong những rào cản lớn đối với việc áp dụng EV là phạm vi hoạt động của chúng vẫn chưa đạt đến phạm vi hoạt động của các loại xe thông thường. Các nhà sản xuất bao gồm Ford, Volkswagen và Hyundai đang chuyển sang điện toán lượng tử để đẩy nhanh quá trình phát triển pin hiệu quả hơn. Bằng cách mô phỏng các hợp chất mới ở cấp độ phân tử, các nhà sản xuất đang tìm cách tạo ra các lớp pin bền hơn, nhẹ hơn và có mật độ điện cao hơn.
Trong khi máy tính thông thường có thể gặp khó khăn trong việc mô phỏng các tương tác phân tử, thì điện toán lượng tử có thể thực hiện các mô phỏng này nhanh hơn và chính xác hơn. Trên thực tế, nó phù hợp hơn với việc mô hình hóa chi tiết các thành phần hóa học có trong pin. Khả năng này cho phép các nhà nghiên cứu thử nghiệm các vật liệu và cấu hình có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn và giải phóng năng lượng hiệu quả hơn, do đó tăng phạm vi hoạt động của EV.
Công nghệ này vượt trội hơn máy tính thông thường trong mô hình hóa học phức tạp, giúp khám phá các giải pháp giúp tăng phạm vi hoạt động của xe trong khi tối ưu hóa các thông số quan trọng khác như kích thước, trọng lượng, chi phí và tuổi thọ của pin.
Một lĩnh vực khác được các nhà sản xuất ô tô đặc biệt quan tâm là hệ thống truyền động. Xe cộ và xe điện hiện đại sử dụng năng lượng cho nhiều bộ phận. Tiết kiệm năng lượng bằng cách sử dụng hiệu quả hơn có thể giúp tăng đáng kể tính tự chủ.
Tuy nhiên, do số lượng thành phần lớn nên vấn đề này rất khó giải quyết. Trong khi máy tính cổ điển cho phép các nhà sản xuất thực hiện các thử nghiệm và mô phỏng trên từng thành phần riêng lẻ tại một thời điểm thì điện toán lượng tử lại là một bước tiến lớn. Nó cho phép mô phỏng toàn bộ hệ thống bao gồm các thành phần phụ thuộc lẫn nhau để hiểu được tác động của bất kỳ sửa đổi nào và xác định các hoạt động sử dụng năng lượng tốt nhất.
Một thách thức lớn khác đối với EV là thời gian sạc, vẫn còn lâu mới có thể nhanh bằng thời gian đổ xăng tại trạm xăng. Việc giảm thời gian này đã trở thành ưu tiên hàng đầu của nhiều nhà sản xuất khi họ muốn khiến xe điện trở nên hấp dẫn hơn đối với người lái xe và người quản lý đội xe.
Mặc dù việc sạc trong hai phút vẫn còn ngoài tầm với, nhưng những tiến bộ như Nybolt, có thể sạc pin 35 kWh lên 80% chỉ trong hơn bốn phút, cho thấy sự tiến bộ đáng kể. Việc tối ưu hóa hợp chất và cấu trúc pin để sạc nhanh hơn trong khi tản nhiệt an toàn và duy trì hiệu suất cũng như tuổi thọ của pin là một thách thức vô cùng phức tạp. Mô phỏng lượng tử có thể giúp giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép các nhà sản xuất tối ưu hóa pin, cáp sạc và trạm sạc.
Tuy nhiên, những đổi mới này đặt ra những thách thức mới cho mạng lưới điện quốc gia. Cung cấp năng lượng cần thiết để sạc cùng lúc hàng triệu EV là một vấn đề phức tạp mà các nhà điều hành lưới điện phải giải quyết. Máy tính lượng tử cung cấp giải pháp cho phép mô phỏng và tối ưu hóa việc quản lý năng lượng trên quy mô lớn, đảm bảo phân phối điện hiệu quả và đáng tin cậy. Tương tự như bộ sạc nhanh cho điện thoại thông minh, công nghệ sạc nhanh cho xe điện có thể trở thành tiêu chuẩn, được hỗ trợ bởi khả năng tính toán của điện toán lượng tử để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về cơ sở hạ tầng sạc.
Hầu hết các nhà sản xuất ô tô lớn hiện đang khám phá điện toán lượng tử. Các công ty như Ford, BMW và Volkswagen đều có các nhóm chuyên trách nghiên cứu nhiều ứng dụng khác nhau của công nghệ này. Ngành công nghiệp này nhận ra nhu cầu thiết lập lộ trình chuyển đổi số bao gồm việc tích hợp điện toán lượng tử vào cơ sở hạ tầng hiện có.
Nhiều công ty trong số này đang sử dụng điện toán lượng tử để cải thiện quy trình sản xuất, tối ưu hóa chuỗi cung ứng và tinh chỉnh thiết kế sản phẩm. Việc áp dụng này không chỉ giới hạn ở công nghệ: nó phải được tích hợp vào các hệ thống phức tạp đòi hỏi sự cộng tác liền mạch giữa các nguồn điện toán truyền thống và lượng tử.
Sự hội tụ của những nỗ lực này hứa hẹn sẽ tiết kiệm đáng kể trong thời gian tới. Các nhà sản xuất ô tô hiểu được tầm quan trọng của những chuyển đổi này, họ đầu tư mạnh vào nghiên cứu và phát triển, đồng thời cấp bằng sáng chế cho nhiều công nghệ tiên tiến mà chủ xe sẽ được hưởng lợi trong những năm tới.
Khi các công nghệ này phát triển, chúng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc áp dụng rộng rãi xe điện của người lái xe và doanh nghiệp, định hình tương lai của phương tiện di chuyển.
Tiềm năng của điện toán lượng tử trong lĩnh vực ô tô
Những cơ hội mà điện toán lượng tử mang lại trong lĩnh vực ô tô là rất lớn. Ước tính mới nhất của McKinsey cho thấy công ty có thể tạo ra giá trị kinh tế bổ sung từ 50 tỷ đến 100 tỷ đô la Mỹ cho lĩnh vực này vào năm 2035 bằng cách tối ưu hóa nhiều khía cạnh của quy trình sản xuất.
Nhưng chính xác thì điện toán lượng tử là gì? Điều gì khiến nó trở nên mang tính cách mạng?
Máy tính lượng tử dựa trên các nguyên lý của cơ học lượng tử để xử lý thông tin theo cách khác so với máy tính cổ điển. Bằng cách sử dụng qubit có thể là 0 hoặc 1, nó có thể giải quyết các vấn đề phức tạp nhanh hơn nhiều. Không giống như máy tính truyền thống, kiểm tra từng giải pháp một, máy tính lượng tử có thể đánh giá tất cả các kết hợp cùng một lúc.
Hãy lấy ví dụ về ổ khóa mã số. Một máy tính cổ điển sẽ thử từng tổ hợp một cho đến khi tìm thấy tổ hợp đúng: 0000, 0001, 0002, v.v. Mặt khác, máy tính lượng tử sẽ kiểm tra tất cả các kết hợp cùng lúc, giải quyết vấn đề nhanh hơn nhiều.
Máy tính lượng tử có thể đẩy nhanh quá trình áp dụng EV như thế nào
Máy tính lượng tử có tiềm năng biến đổi ngành công nghiệp ô tô và đẩy nhanh quá trình áp dụng xe điện (EV) và xe tự hành, đặc biệt tác động đến hai lĩnh vực chính: phạm vi hoạt động của pin và cơ sở hạ tầng sạc.
Cải thiện phạm vi hoạt động và hiệu quả của pin
Một trong những rào cản lớn đối với việc áp dụng EV là phạm vi hoạt động của chúng vẫn chưa đạt đến phạm vi hoạt động của các loại xe thông thường. Các nhà sản xuất bao gồm Ford, Volkswagen và Hyundai đang chuyển sang điện toán lượng tử để đẩy nhanh quá trình phát triển pin hiệu quả hơn. Bằng cách mô phỏng các hợp chất mới ở cấp độ phân tử, các nhà sản xuất đang tìm cách tạo ra các lớp pin bền hơn, nhẹ hơn và có mật độ điện cao hơn.
Trong khi máy tính thông thường có thể gặp khó khăn trong việc mô phỏng các tương tác phân tử, thì điện toán lượng tử có thể thực hiện các mô phỏng này nhanh hơn và chính xác hơn. Trên thực tế, nó phù hợp hơn với việc mô hình hóa chi tiết các thành phần hóa học có trong pin. Khả năng này cho phép các nhà nghiên cứu thử nghiệm các vật liệu và cấu hình có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn và giải phóng năng lượng hiệu quả hơn, do đó tăng phạm vi hoạt động của EV.
Công nghệ này vượt trội hơn máy tính thông thường trong mô hình hóa học phức tạp, giúp khám phá các giải pháp giúp tăng phạm vi hoạt động của xe trong khi tối ưu hóa các thông số quan trọng khác như kích thước, trọng lượng, chi phí và tuổi thọ của pin.
Một lĩnh vực khác được các nhà sản xuất ô tô đặc biệt quan tâm là hệ thống truyền động. Xe cộ và xe điện hiện đại sử dụng năng lượng cho nhiều bộ phận. Tiết kiệm năng lượng bằng cách sử dụng hiệu quả hơn có thể giúp tăng đáng kể tính tự chủ.
Tuy nhiên, do số lượng thành phần lớn nên vấn đề này rất khó giải quyết. Trong khi máy tính cổ điển cho phép các nhà sản xuất thực hiện các thử nghiệm và mô phỏng trên từng thành phần riêng lẻ tại một thời điểm thì điện toán lượng tử lại là một bước tiến lớn. Nó cho phép mô phỏng toàn bộ hệ thống bao gồm các thành phần phụ thuộc lẫn nhau để hiểu được tác động của bất kỳ sửa đổi nào và xác định các hoạt động sử dụng năng lượng tốt nhất.
Cải thiện tốc độ sạc và cơ sở hạ tầng mạng
Một thách thức lớn khác đối với EV là thời gian sạc, vẫn còn lâu mới có thể nhanh bằng thời gian đổ xăng tại trạm xăng. Việc giảm thời gian này đã trở thành ưu tiên hàng đầu của nhiều nhà sản xuất khi họ muốn khiến xe điện trở nên hấp dẫn hơn đối với người lái xe và người quản lý đội xe.
Mặc dù việc sạc trong hai phút vẫn còn ngoài tầm với, nhưng những tiến bộ như Nybolt, có thể sạc pin 35 kWh lên 80% chỉ trong hơn bốn phút, cho thấy sự tiến bộ đáng kể. Việc tối ưu hóa hợp chất và cấu trúc pin để sạc nhanh hơn trong khi tản nhiệt an toàn và duy trì hiệu suất cũng như tuổi thọ của pin là một thách thức vô cùng phức tạp. Mô phỏng lượng tử có thể giúp giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép các nhà sản xuất tối ưu hóa pin, cáp sạc và trạm sạc.
Tuy nhiên, những đổi mới này đặt ra những thách thức mới cho mạng lưới điện quốc gia. Cung cấp năng lượng cần thiết để sạc cùng lúc hàng triệu EV là một vấn đề phức tạp mà các nhà điều hành lưới điện phải giải quyết. Máy tính lượng tử cung cấp giải pháp cho phép mô phỏng và tối ưu hóa việc quản lý năng lượng trên quy mô lớn, đảm bảo phân phối điện hiệu quả và đáng tin cậy. Tương tự như bộ sạc nhanh cho điện thoại thông minh, công nghệ sạc nhanh cho xe điện có thể trở thành tiêu chuẩn, được hỗ trợ bởi khả năng tính toán của điện toán lượng tử để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về cơ sở hạ tầng sạc.
Tương lai của xe điện
Hầu hết các nhà sản xuất ô tô lớn hiện đang khám phá điện toán lượng tử. Các công ty như Ford, BMW và Volkswagen đều có các nhóm chuyên trách nghiên cứu nhiều ứng dụng khác nhau của công nghệ này. Ngành công nghiệp này nhận ra nhu cầu thiết lập lộ trình chuyển đổi số bao gồm việc tích hợp điện toán lượng tử vào cơ sở hạ tầng hiện có.
Nhiều công ty trong số này đang sử dụng điện toán lượng tử để cải thiện quy trình sản xuất, tối ưu hóa chuỗi cung ứng và tinh chỉnh thiết kế sản phẩm. Việc áp dụng này không chỉ giới hạn ở công nghệ: nó phải được tích hợp vào các hệ thống phức tạp đòi hỏi sự cộng tác liền mạch giữa các nguồn điện toán truyền thống và lượng tử.
Sự hội tụ của những nỗ lực này hứa hẹn sẽ tiết kiệm đáng kể trong thời gian tới. Các nhà sản xuất ô tô hiểu được tầm quan trọng của những chuyển đổi này, họ đầu tư mạnh vào nghiên cứu và phát triển, đồng thời cấp bằng sáng chế cho nhiều công nghệ tiên tiến mà chủ xe sẽ được hưởng lợi trong những năm tới.
Khi các công nghệ này phát triển, chúng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc áp dụng rộng rãi xe điện của người lái xe và doanh nghiệp, định hình tương lai của phương tiện di chuyển.
