باحثون بريطانيون: يمكن أن يحاكي الكم المحفزات في العمليات الكيميائية ، ويحد من التأثيرات البيئية

أعلن باحثون من شركة Riverlane للهندسة الكمومية وشركة التكنولوجيا المستدامة Johnson Matthey أنهم طوروا خوارزميات كمية لمحاكاة المحفزات المستخدمة في العمليات الكيميائية الصناعية. تقول الشركات إن عملهم قد يقلل من التأثير البيئي لكل شيء من خلايا الوقود إلى البتروكيماويات وإنتاج الهيدروجين.

كان البحث نشرت في مجلة Physical Review Research يوضح الأسبوع الماضي كيف يمكن لجهاز كمبيوتر كمي مصحح الأخطاء محاكاة أكسيد النيكل وأكسيد البلاديوم. هذه مواد مهمة في التحفيز غير المتجانس ، وهي عملية تستخدم لإنشاء مجموعة واسعة من المواد الكيميائية والوقود ، وفقًا للشركات.

"تتيح الخوارزمية الخاصة بنا المحاكاة الكمومية لأنظمة الحالة الصلبة الكبيرة بأوقات تشغيل غالبًا ما ترتبط بأنظمة جزيئية أصغر بكثير. قال الدكتور أليكسي إيفانوف ، عالم الكم في ريفرلين والمؤلف الرئيسي للورقة.

يصعب محاكاة العديد من المواد على أجهزة الكمبيوتر العادية نظرًا لطبيعتها الكمومية المعقدة. هذا هو المكان الذي يمكن أن تساعد فيه أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، ولكن حتى الآن ، ركزت معظم الأبحاث على محاكاة الجزيئات ، وليس المواد. وذلك لأن المواد لها بنية إضافية ، مثل التناظر الانتقالي أو الدورية.

"غالبًا ما تعتمد الأساليب الحسابية الكلاسيكية شائعة الاستخدام على تقديرات تقريبية قد لا تكون مبررة جيدًا لمواد معينة ، بما في ذلك أكاسيد المعادن شديدة الارتباط ، مما يؤدي إلى أداء غير مرضٍ ،" وفقًا للدكتور توم إلابي ، عالم البحث والتطوير في جونسون ماثي.

قالت الدكتورة راشيل كيربر ، كبيرة العلماء في شركة Johnson Matthey: "يمكن أن توفر لنا المحاكاة الكمية وسيلة لنمذجة العديد من هذه المواد ، والتي غالبًا ما تكون ذات أهمية كبيرة للباحثين في علم الحفز والمواد بشكل عام."

استفاد الباحثون من المفاهيم التي تم تطويرها في أبحاث المواد المكثفة الحسابية الكلاسيكية لتطوير خوارزمية الكم الجديدة.

"في هذا العمل ، سألنا أنفسنا سؤالًا: كيف يمكننا تعديل خوارزمية جزيئية موجودة للاستفادة من بنية المادة؟ لقد توصلنا إلى كيفية القيام بذلك ، ونتيجة لذلك ، فإن تعديلاتنا على الخوارزمية الكمومية الحالية تقلل من متطلبات الموارد الكمية. لذلك ، تتطلب أجهزة الكمبيوتر الكمومية في المستقبل عددًا أقل بكثير من الكيوبتات وعمق دائرة أقل ، مقارنةً بالخوارزميات الكمومية السابقة دون أي تعديل ، "هذا ما قاله الدكتور كريستوف سونديرهاوف ، كبير علماء الكم في ريفرلين والمؤلف المشارك للورقة البحثية. "التحذير الرئيسي هنا هو أنه سيتعين علينا الانتظار حتى يقوم شخص ما بالفعل ببناء كمبيوتر كمي كبير بما يكفي لتصحيح الأخطاء."

تحتوي أجهزة الكمبيوتر الكمومية اليوم على بضع مئات من البتات الكمومية (كيوبت) ، على الأكثر ، مما يحد من فائدة هذه الآلات. لكن يجب أن تتوسع أجهزة الكمبيوتر الكمومية بأوامر من حيث الحجم للوصول إلى تصحيح الأخطاء وفتح التطبيقات في العديد من الصناعات.

للوصول إلى تصحيح الخطأ في وقت أقرب ، تقوم Riverlane ببناء نظام تشغيل لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المصححة للأخطاء ، والتي تتضمن نظام تحكم (للتحكم ومعايرة ملايين الكيوبتات المطلوبة) وأجهزة فك التشفير السريعة (لإيقاف انتشار الأخطاء وجعل الحسابات عديمة الفائدة). عندما تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية المصححة للأخطاء جاهزة ، نحتاج أيضًا إلى خوارزميات كمومية تتسامح مع الأخطاء لتكون جاهزة للتشغيل على هذه الأجهزة.

قال إيفانوف: "نحن بحاجة إلى السعي لإطلاق العنان لحالات التطبيق المفيدة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية". "إذا واصلنا تحسين الخوارزميات الكمومية بشكل أكبر ، فلن نحتاج إلى بناء مثل هذا الكمبيوتر الكمي الضخم للتطبيقات المفيدة."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/