Volkswagen AG und Xanadu starten Programm zur Simulation von Batteriematerialien mit Quantenalgorithmen

Die Volkswagen AG und das kanadische Unternehmen Xanadu haben ein auf mehrere Jahre angelegtes Forschungsprogramm ins Leben gerufen, um die Rechenleistung von Quantenalgorithmen für die Simulation von Batteriematerialien zu optimieren. Dadurch sollen die Rechenkosten gesenkt und der Einsatz von Quantencomputern bei Volkswagen zur Entwicklung von sichereren, leichteren und kostengünstigeren Batteriematerialien beschleunigt werden.
 
Die präzise und effiziente Simulation von Batteriematerialien ist eine Herausforderung für die gesamte Branche, die durch die Einführung von fehlertoleranten Quantencomputern leichter bewältigt werden könnte. Bestehende klassische Methoden wie die Dichtefunktionaltheorie sind seit mehreren Jahrzehnten die Eckpfeiler der computergestützten Chemie, stoßen jedoch trotz ihrer großen Erfolge in Forschungsbereichen, die für die Entwicklung leistungsfähigerer Batterien eine wesentliche Rolle spielen, an ihre Grenzen.

„Volkswagen betritt mit seiner NEW AUTO Strategie Neuland, insbesondere wenn es darum geht, Möglichkeiten entlang der Batterie-Wertschöpfungskette auszuloten. Hochleistungsmaterialien der nächsten Generation und elektrochemische Prozesse sind die wichtigsten Bestandteile dieser Expedition,“ sagt Dr. Nikolai Ardey, Leiter Volkswagen Group Innovation. „Mit Spitzenunternehmen wie Xanadu zusammenzuarbeiten, ist, als würde man in ein Schnellboot steigen, das auf das ,nächste große Ding‘ zusteuert. Quantum Computing könnte die Materialwissenschaft und -optimierung revolutionieren - Schlüsselkompetenzen, um unser internes Batterie-Know-how auszubauen.“

Im vergangenen Jahr haben Volkswagen und Xanadu bereichsübergreifende Forschung in den Bereichen Materialwissenschaften, computergestützte Chemie, Batterietechnologien und Quantenalgorithmen betrieben, die das Fundament für die langfristigen Forschungsaktivitäten des Programms bildet. Das gemeinsame Forschungsprogramm soll die Herausforderungen, vor denen die Branche in der Batterieforschung steht, durch die Entwicklung modernster Quantenalgorithmen für die Simulation von Batteriematerialien überwinden. Diese Algorithmen sollen auf den fehlertoleranten Quantencomputern der nächsten Generation von Xanadu verarbeitet werden. Der erste Forschungsbericht zum Programm (veröffentlicht im September 2022: https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.106.032428) liefert eine erste Einschätzung der Ressourcen, die für die Implementierung eines Quantenalgorithmus zur Simulation eines realitätsnahen Kathodenmaterials, Dilithium-Eisensilikat, erforderlich sind.

„Xanadu stößt im Bereich der Hardware, Software und Algorithmen für Quantencomputer in neue Bereiche vor. Wir wollen Quantencomputer durch die Erforschung von Quantenalgorithmen praktisch nutzbar machen. Dass wir dabei den Schwerpunkt auf Batterien legen, ist angesichts des Bedarfs der Branche und der Chancen, die das Quantencomputing für ein besseres Verständnis der komplexen chemischen Vorgänge in einer Batteriezelle bietet, eine strategische Entscheidung“, sagt Juan Miguel Arrazola, Leiter Algorithmen bei Xanadu. „Wir freuen uns, gemeinsam mit dem großartigen Team von Volkswagen Spitzenforschung zu betreiben, um die technischen Hürden bei den Quantenalgorithmen zu überwinden. Nur so können wir das Potenzial des Quantencomputings für die Batterieentwicklung erschließen.“

Das Programm wird sich auch mit zusätzlichen Berechnungsproblemen in der Materialforschung befassen, einem Bereich, in dem das Quantencomputing die besten Aussichten auf grundlegende Fortschritte bietet. Die Partnerschaft mit Xanadu ist Ausdruck des Anspruchs von Volkswagen, ein daten- und softwareorientierter Anbieter nachhaltiger Mobilität zu werden und eine führende Rolle sowohl bei der Batterieentwicklung als auch bei Quantencomputing-Anwendungen einzunehmen.

„Unsere Partnerschaft mit Xanadu ist ein sehr gutes Beispiel für das Engagement von Volkswagen, innovative Technologien wie das Quantencomputing zu nutzen, um den Weg zu 100 % elektrischen Mobilitätslösungen zu beschleunigen und unsere Prozesse überall dort, wo es möglich ist, zu optimieren“, sagte Dr. Arne-Christian Voigt, Future Research, Volkswagen AG. „Wir freuen uns darauf, bei der Materialsimulation in neue Bereiche vorzustoßen und auf der Grundlagenforschung aufzubauen, die wir zusammen mit dem Team für Quantenalgorithmen von Xanadu durchgeführt haben.“

Im August dieses Jahres unterzeichneten die Volkswagen AG und die kanadische Regierung eine Absichtserklärung zur Förderung der E-Mobilität im Land. Beide Parteien vereinbarten, Möglichkeiten für Kanada zu prüfen, einen Beitrag zu den globalen und regionalen Batterielieferketten von Volkswagen zu leisten.

Die kanadische Regierung investiert stark in Quantentechnologien. Diese Investition hat Spitzentalente angezogen, den Aufbau eines Quantenökosystem ermöglicht und Kanada zu einer führenden Nation im Bereich der Quantentechnologie gemacht.