Investigadores del Reino Unido: Quantum puede simular catalizadores en procesos químicos y reducir los impactos ambientales

Investigadores de la empresa de ingeniería cuántica Riverlane y la empresa de tecnología sostenible Johnson Matthey anunciaron que han desarrollado algoritmos cuánticos para simular los catalizadores utilizados en los procesos químicos industriales. Las compañías dicen que su trabajo puede reducir el impacto ambiental de todo, desde las celdas de combustible hasta los productos petroquímicos y la producción de hidrógeno.

la investigacion fue publicado en Physical Review Research la semana pasada y demuestra cómo una computadora cuántica con corrección de errores puede simular el óxido de níquel y el óxido de paladio. Estos son materiales importantes en la catálisis heterogénea, un proceso utilizado para crear una amplia gama de productos químicos y combustibles, según las empresas.

“Nuestro algoritmo permite la simulación cuántica de grandes sistemas de estado sólido con tiempos de ejecución a menudo asociados con sistemas moleculares mucho más pequeños. Este trabajo allana el camino hacia futuras simulaciones prácticas de materiales en computadoras cuánticas con corrección de errores”, dijo el Dr. Aleksei Ivanov, científico cuántico de la carril fluvial y el autor principal del artículo.

Muchos materiales son difíciles de simular en computadoras ordinarias debido a su compleja naturaleza cuántica. Aquí es donde las computadoras cuánticas pueden ayudar, pero hasta ahora, la mayor parte de la investigación se ha centrado en la simulación de moléculas, no de materiales. Esto se debe a que los materiales tienen una estructura adicional, como la simetría traslacional o la periodicidad.

"Los métodos computacionales clásicos de uso común a menudo se basan en aproximaciones que pueden no estar bien justificadas para ciertos materiales, incluidos los óxidos metálicos fuertemente correlacionados, lo que lleva a un rendimiento insatisfactorio", según el Dr. Tom Ellaby, científico de I + D de johnson matthey.

La Dra. Rachel Kerber, científica principal de Johnson Matthey, dijo: "Las simulaciones cuánticas podrían proporcionarnos un medio para modelar muchos de estos materiales, que a menudo son de gran interés para los investigadores en catálisis y ciencia de los materiales en general".

Los investigadores aprovecharon los conceptos desarrollados en la investigación clásica de materia condensada computacional para desarrollar el nuevo algoritmo cuántico.

“En este trabajo nos hicimos una pregunta: ¿Cómo podemos modificar un algoritmo molecular existente para aprovechar la estructura del material? Descubrimos cómo hacer esto y, como resultado, nuestras modificaciones al algoritmo cuántico existente reducen los requisitos de recursos cuánticos. Por lo tanto, las futuras computadoras cuánticas requieren muchos menos qubits y una profundidad de circuito reducida, en comparación con los algoritmos cuánticos anteriores sin ninguna modificación”, dijo el Dr. Christoph Sunderhauf, científico cuántico sénior de Riverlane y coautor del artículo. "La principal advertencia aquí es que tendremos que esperar hasta que alguien realmente construya una computadora cuántica con corrección de errores lo suficientemente grande".

Las computadoras cuánticas de hoy en día tienen unos cientos de bits cuánticos (qubits), como máximo, lo que limita la utilidad de estas máquinas. Pero las computadoras cuánticas deben escalar en órdenes de magnitud para alcanzar la corrección de errores y desbloquear aplicaciones en múltiples industrias.

Para llegar antes a la corrección de errores, Riverlane está construyendo un sistema operativo para computadoras cuánticas con corrección de errores, que incluye un sistema de control (para controlar y calibrar los millones de qubits necesarios) y decodificadores rápidos (para detener la propagación de errores y hacer que los cálculos sean inútiles). Cuando estas computadoras cuánticas con corrección de errores estén listas, también necesitamos algoritmos cuánticos tolerantes a fallas para estar listos para ejecutarse en estas máquinas.

“Necesitamos esforzarnos por desbloquear casos de aplicaciones útiles de computadoras cuánticas”, dijo Ivanov. "Si continuamos mejorando los algoritmos cuánticos, entonces no necesitaríamos construir una computadora cuántica tan grande para aplicaciones útiles".

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• Platoblockchain. Inteligencia del Metaverso Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• Fuente: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/