Xanadu и канадские учёные показали квантовый алгоритм для проектирования новых Li‑ion батарей

Канадская квантовая компания Xanadu совместно с Университетом Торонто и Национальным исследовательским советом Канады (NRC) представила квантовый алгоритм, способный существенно ускорить разработку высокоёмких литий‑ионных аккумуляторов. Исследование опубликовано в формате препринта в рамках программы NRC Applied Quantum Computing Challenge и демонстрирует, как отказоустойчивые квантовые компьютеры могут решать задачи, принципиально трудные для классических суперкомпьютеров.

Зачем батареям квантовые вычисления

Основная цель работы — моделирование процессов в литий‑избыточных катодных материалах (Li‑rich NMC), которые рассматриваются как один из главных кандидатов для батарей следующего поколения с повышенной энергоёмкостью. Эти материалы сложны с точки зрения структуры и поведения при циклировании, поэтому классические методы моделирования часто оказываются недостаточно точными и ресурсоёмкими.

Ключевым инструментом диагностики таких катодов выступает резонансное неупругое рассеяние рентгеновских лучей (RIXS), позволяющее отслеживать, как материал деградирует со временем. Однако корректно просчитать RIXS‑спектры для реальных сложных структур с помощью классических вычислений крайне сложно, что ограничивает практическую ценность метода для скрининга новых материалов.

Что предлагает новый алгоритм

Команда Xanadu разработала квантовый алгоритм, ориентированный именно на симуляцию RIXS‑спектров литий‑избыточных NMC‑катодов на будущих отказоустойчивых квантовых компьютерах. Главное достижение — резкое снижение требований к ресурсам: для ряда «классически трудных» структур алгоритму требуется менее 500 логических кубитов, что вписывается в ожидаемые возможности ранних fault‑tolerant‑систем.

Авторы подчёркивают, что речь не о далёкой теоретической перспективе, а о практико‑ориентированном подходе, который можно будет реализовать на первых поколениях индустриально пригодных квантовых машин. По их оценке, такая симуляция позволит точнее предсказывать деградацию и стабильность новых катодных материалов ещё до дорогостоящих экспериментальных тестов, тем самым ускоряя цикл «проектирование — лаборатория — масштабирование».

Квантовый конвейер для энергетики будущего

Исследователи рассматривают эту работу как фундаментальный шаг к созданию полноценного «квантового конвейера» для разработки батарей. В такой схеме квантовые алгоритмы берут на себя наиболее сложные части квантово‑химических расчётов, а классические компьютеры и эксперименты дополняют картину, позволяя быстрее находить и оптимизировать перспективные составы.

Партнёрство между государством, академической средой и бизнесом, подчёркивают в NRC и Xanadu, показывает, как прикладные квантовые вычисления постепенно выходят из разряда «чистой теории» в зону конкретных индустриальных кейсов — от аккумуляторов для электромобилей до систем накопления энергии в сетях. Если подход оправдает ожидания, квантовые симуляции могут стать одним из ключевых инструментов в гонке за более ёмкие, долговечные и безопасные источники энергии.

Источник:https://elonmerlin.com/