Ερευνητές από το Ηνωμένο Βασίλειο: Το Quantum μπορεί να προσομοιώσει καταλύτες σε χημικές διεργασίες, να μειώσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις

Ερευνητές από την εταιρεία κβαντικής μηχανικής Riverlane και την εταιρεία βιώσιμης τεχνολογίας Johnson Matthey ανακοίνωσαν ότι έχουν αναπτύξει κβαντικούς αλγόριθμους για την προσομοίωση των καταλυτών που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές χημικές διεργασίες. Οι εταιρείες λένε ότι το έργο τους μπορεί να μειώσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις όλων, από κυψέλες καυσίμου μέχρι πετροχημικά και παραγωγή υδρογόνου.

Η έρευνα ήταν δημοσιεύτηκε στο Physical Review Research την περασμένη εβδομάδα και δείχνει πώς ένας κβαντικός υπολογιστής με διορθωμένο σφάλμα μπορεί να προσομοιώσει το οξείδιο του νικελίου και το οξείδιο του παλλαδίου. Αυτά είναι σημαντικά υλικά στην ετερογενή κατάλυση, μια διαδικασία που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός ευρέος φάσματος χημικών ουσιών και καυσίμων, σύμφωνα με τις εταιρείες.

«Ο αλγόριθμός μας επιτρέπει την κβαντική προσομοίωση μεγάλων συστημάτων στερεάς κατάστασης με χρόνους εκτέλεσης που συχνά συνδέονται με πολύ μικρότερα μοριακά συστήματα. Αυτή η εργασία ανοίγει το δρόμο για μελλοντικές πρακτικές προσομοιώσεις υλικών σε κβαντικούς υπολογιστές διορθωμένους με σφάλματα», δήλωσε ο Δρ. Aleksei Ivanov, κβαντικός επιστήμονας στο Riverlane και ο κύριος συγγραφέας της εφημερίδας.

Πολλά υλικά είναι δύσκολο να προσομοιωθούν σε συνηθισμένους υπολογιστές λόγω της πολύπλοκης, κβαντικής φύσης τους. Εδώ μπορούν να βοηθήσουν οι κβαντικοί υπολογιστές, αλλά μέχρι τώρα, το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας έχει επικεντρωθεί στην προσομοίωση μορίων και όχι υλικών. Αυτό συμβαίνει επειδή τα υλικά έχουν πρόσθετη δομή, όπως μεταφραστική συμμετρία ή περιοδικότητα.

«Οι κοινώς χρησιμοποιούμενες κλασικές υπολογιστικές μέθοδοι βασίζονται συχνά σε προσεγγίσεις που μπορεί να μην δικαιολογούνται επαρκώς για ορισμένα υλικά, συμπεριλαμβανομένων των ισχυρά συσχετισμένων οξειδίων μετάλλων, που οδηγούν σε μη ικανοποιητικές επιδόσεις», σύμφωνα με τον Δρ. Tom Ellaby, επιστήμονα Ε&Α στο Τζόνσον Ματέι.

Η Δρ Rachel Kerber, ανώτερος επιστήμονας στο Johnson Matthey, είπε: «Οι κβαντικές προσομοιώσεις θα μπορούσαν να μας παράσχουν ένα μέσο για να μοντελοποιήσουμε πολλά από αυτά τα υλικά, τα οποία συχνά παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον για τους ερευνητές της κατάλυσης και της επιστήμης των υλικών γενικότερα».

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έννοιες που αναπτύχθηκαν στην κλασική υπολογιστική έρευνα συμπυκνωμένης ύλης για να αναπτύξουν τον νέο κβαντικό αλγόριθμο.

«Σε αυτή την εργασία, θέσαμε στον εαυτό μας μια ερώτηση: Πώς μπορούμε να τροποποιήσουμε έναν υπάρχοντα μοριακό αλγόριθμο για να εκμεταλλευτούμε τη δομή του υλικού; Καταλάβαμε πώς να το κάνουμε αυτό και, ως αποτέλεσμα, οι τροποποιήσεις μας στον υπάρχοντα κβαντικό αλγόριθμο μειώνουν τις απαιτήσεις κβαντικών πόρων. Έτσι, οι μελλοντικοί κβαντικοί υπολογιστές απαιτούν πολύ λιγότερα qubits και μειωμένο βάθος κυκλώματος, σε σύγκριση με τους προηγούμενους κβαντικούς αλγόριθμους χωρίς καμία τροποποίηση», δήλωσε ο Δρ. Christoph Sunderhauf, ανώτερος κβαντικός επιστήμονας στο Riverlane και συν-συγγραφέας της εργασίας. «Η κύρια προειδοποίηση εδώ είναι ότι θα πρέπει να περιμένουμε μέχρι κάποιος να κατασκευάσει έναν αρκετά μεγάλο κβαντικό υπολογιστή με διορθωμένα σφάλματα».

Οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές έχουν μερικές εκατοντάδες κβαντικά bit (qubits), το πολύ, περιορίζοντας τη χρησιμότητα αυτών των μηχανών. Αλλά οι κβαντικοί υπολογιστές πρέπει να κλιμακωθούν κατά τάξεις μεγέθους για να φτάσουν στη διόρθωση σφαλμάτων και να ξεκλειδώσουν εφαρμογές σε πολλές βιομηχανίες.

Για να φτάσει νωρίτερα στη διόρθωση σφαλμάτων, η Riverlane κατασκευάζει ένα λειτουργικό σύστημα για κβαντικούς υπολογιστές με διορθωμένα σφάλματα, το οποίο περιλαμβάνει ένα σύστημα ελέγχου (για τον έλεγχο και τη βαθμονόμηση των εκατομμυρίων qubits που απαιτούνται) και γρήγορους αποκωδικοποιητές (για να σταματήσει η διάδοση σφαλμάτων και να καθιστούν τους υπολογισμούς άχρηστους). Όταν αυτοί οι κβαντικοί υπολογιστές που έχουν διορθωθεί με σφάλματα είναι έτοιμοι, χρειαζόμαστε επίσης κβαντικούς αλγόριθμους με ανοχή σε σφάλματα για να είμαστε έτοιμοι να λειτουργήσουμε σε αυτά τα μηχανήματα.

«Πρέπει να προσπαθήσουμε να ξεκλειδώσουμε χρήσιμες περιπτώσεις εφαρμογών κβαντικών υπολογιστών», είπε ο Ιβάνοφ. «Εάν συνεχίσουμε να βελτιώνουμε περαιτέρω τους κβαντικούς αλγόριθμους, τότε δεν θα χρειαζόταν να φτιάξουμε έναν τόσο τεράστιο κβαντικό υπολογιστή για χρήσιμες εφαρμογές».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/