에어버스(Airbus), BMW그룹, 퀀티뉴움(Quantinuum)이 연료전지 촉매제의 화학적 반응을 중점으로 양자컴퓨터를 이용해 양자 시스템을 시뮬레이션하는 하이브리드형 양자 계층적 워크플로를 개발했다.
새로 발행된 기술 논문 "Applicability of Quantum Computing to Oxygen Reduction Reaction Simulations[https://arxiv.org/abs/2307.15823 ]"에서, 3사는 백금 기반 촉매제 표면의 산소 저감 반응(Oxygen Reduction Reaction, ORR)을 정확히 모델링한다고 밝혔다. ORR은 연료전지에서 수소와 산소를 물과 전기로 변환하는 과정에서 일어나는 화학적 반응으로, 변환 효율을 저해한다. 변환 속도가 비교적 느리며 백금 촉매제가 다량 필요하기 때문에 화학 반응의 기저 메커니즘에 대한 이해도 증진에 관심이 집중되고 있다.
Quantinuum H2 quantum processor, Powered by Honeywell
협업 팀은 퀀티뉴움의 H 시리즈 양자컴퓨터를 사용해 산업 워크플로에 양자 컴퓨팅을 적용하여 중요한 화학 반응에 대한 이해도를 증진할 수 있음을 증명했다. 3사는 양자 컴퓨팅으로 관련된 산업 과제를 해결할 방안을 모색할 계획이다.
BMW그룹 연구 기술 사업부 부사장 피터 레너트(Peter Lehnert) 박사는 "순환성과 지속 가능한 모빌리티는 우리로 하여금 새로운 소재에 대한 탐구를 촉구한다. 이는 보다 효율적인 제품을 만들고 미래에 프리미엄급 사용자 경험을 구현하기 위한 소재이다. 더욱 빨라지고 있는 양자 컴퓨팅 하드웨어의 성능을 바탕으로 관련된 화학적 정확도에 대한 소재 특성을 시뮬레이션할 수 있게 됨으로써 미래를 좌우할 이 분야의 혁신을 앞당기는 데 필요한 툴을 찾아낼 수 있다."라고 말했다.
BMW그룹은 양자 컴퓨팅의 획기적인 가능성과 그것이 신소재 연구에 갖는 중요성을 인지하고 있다. 양자 컴퓨팅을 이용하면 실험실 내 프로토타입 제작을 줄이면서 연구 프로세스를 보다 빠르고 효율적으로 처리할 수 있기 때문이다. 양자 컴퓨팅을 이용하여 업계 최초로 가장 근본적인 전기 화학 프로세스 중 하나에 접근하여 정확히 시뮬레이션함으로써 업계는 지속 가능한 에너지 전환에 더 다가서게 됐으며, 향상된 효율성을 바탕으로 메탈 에어(Metal-Air) 배터리 및 다른 제품의 성능 개선에도 기여할 것으로 기대된다.
에어버스 중앙 연구 및 기술 사업부 이사벨 그라더(Isabell Gradert) 부사장은 "우리는 수소 기반의 지속 가능한 대체제 탐색을 위한 연구의 이점을 명확히 구상할 수 있다. 대표적인 예로 ZEROe 항공기를 들 수 있으며, 연료전지 엔진으로 가동될 예정이다. 이번 연구를 통해 양자 컴퓨팅이 항공기 개발에 적용할 수 있을 만큼 충분한 성숙기에 도달했음이 입증됐다."라고 말했다.
에어버스는 수소가 저탄소 항공기를 가동할 유력한 후보 물질이라고 규명했다. 그 이유는 재생에너지에서 생성될 경우 비행 시 이산화탄소를 전혀 방출하지 않기 때문이다. 에어버스는 과거 ZEROe[www.airbus.com/en/innovation/low-carbon-aviation/hydrogen/zeroe ] 시범 항공기에 수소 기반의 연료전지 추진 장치를 장착해 몇 년 내로 테스트를 시작할 예정이라고 발표한 바 있으며, 세계 최초로 수소 기반 민간 항공기를 개발하여 2035까지 시장에 출시할 계획이다.
퀀티뉴움의 일리아스 칸(Ilyas Khan) 최고제품책임자(Chief Product Officer, CPO)는 "BMW그룹, 에어버스와 협업할 수 있게 되어 기대가 크다. 두 회사 모두 미래의 지속 가능한 모빌리티를 발전시키는 데 양자 컴퓨팅이 중추적인 역할을 할 수 있다는 점을 인정하고 있다. 새로운 분야를 개척하는 이번 프로젝트를 통해 에어버스는 세계 최고의 기술 기업인 두 회사의 산업 워크플로에 양자 컴퓨팅을 통합하는 방법을 증명할 예정이다. 이로써 양자 컴퓨팅을 사용하는 개발 작업의 주요 난관인 재료 과학 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대한다."라고 말했다.
연구 팀은 ORR의 반응을 이해함으로써 성능을 개선할 대체 물질을 찾아내고 연료전지의 생산 비용을 줄이는 데 필요한 인사이트를 도출할 수 있기를 기대하고 있다. ORR과 같은 화학 반응을 기존 컴퓨터에서 정확히 모델링하는 것은 연관된 화학 메커니즘의 양자 특성으로 인해 매우 어려운 작업이다. 이러한 시뮬레이션 작업이 향후 양자 컴퓨팅의 잠재적 이점을 활용할 좋은 후보안이 될 것으로 기대된다.
AEM_Automotive Electronics Magazine
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