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量子技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域的技術(shù)突破
2024-04-22 123次瀏覽

德國薩爾大學(xué)教授Wolfgang Maa?和德國人工智能研究中心的團(tuán)隊(duì)正領(lǐng)導(dǎo)一項(xiàng)名為“Quasim”的項(xiàng)目,該項(xiàng)目旨在利用量子計(jì)算能力優(yōu)化金屬加工行業(yè)的生產(chǎn)流程,以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、無缺陷且尺寸精準(zhǔn)的金屬部件制造。當(dāng)前的傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)受限于計(jì)算時間和存儲限制,無法執(zhí)行某些高級模擬,而量子計(jì)算則有望突破這一瓶頸。

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在航空發(fā)動機(jī)渦輪機(jī)葉片的精密銑削過程中,嚴(yán)格的加工策略至關(guān)重要,任何微小的誤差都可能導(dǎo)致昂貴的損失。同樣,激光切割金屬部件時,高溫可能導(dǎo)致不期望的金屬膨脹或機(jī)器故障,進(jìn)而增加廢品率和降低生產(chǎn)效率。為了解決這些問題,研究團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)建工件的數(shù)字孿生并在虛擬環(huán)境中進(jìn)行高分辨率模擬,力求對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行精確優(yōu)化。

然而,生成此類高分辨率模擬所需的龐大數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)超現(xiàn)有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理能力。這就是量子計(jì)算發(fā)揮作用之處。盡管成熟的量子計(jì)算機(jī)尚未出現(xiàn),但在Quasim項(xiàng)目中,研究團(tuán)隊(duì)已著手研發(fā)短期和長期解決方案,利用量子系統(tǒng)的潛力來提升制造場景中的模擬效果。

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借助量子力學(xué)原理和基于量子的機(jī)器學(xué)習(xí)策略,研究者們正在加速解決復(fù)雜模擬中的算法問題,并嘗試將量子計(jì)算技術(shù)與傳統(tǒng)物理和材料科學(xué)模型相結(jié)合。通過對比和評估不同方案的有效性,團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)有望在未來得到實(shí)際應(yīng)用的創(chuàng)新解決方案。目前,結(jié)合傳統(tǒng)模擬方法與量子技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的混合模型已展現(xiàn)出***令人鼓舞的結(jié)果。

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未來航空發(fā)動機(jī)制造商可能會利用基于量子計(jì)算機(jī)的模擬預(yù)測銑削過程中的葉片振動,從而設(shè)定更為精準(zhǔn)的加工參數(shù)以消除加工誤差,大幅減少廢品率。同時,激光切割過程也能通過優(yōu)化的加工序列提供適宜的功率密度,確保生產(chǎn)出無損、尺寸精確的金屬部件。

該團(tuán)隊(duì)近期將展示基于量子模擬的銑削和激光切割原型,展示其如何提升傳統(tǒng)制造工藝,縮短材料加工時間并提高產(chǎn)品質(zhì)量。

文章出自百家號(全球前沿科學(xué))