Ühendkuningriigi teadlased: kvant võib simuleerida katalüsaatoreid keemilistes protsessides, vähendada keskkonnamõju

Riverlane'i kvanttehnika ettevõtte ja säästva tehnoloogia ettevõtte Johnson Matthey teadlased teatasid, et on välja töötanud kvantalgoritmid tööstuslikes keemilistes protsessides kasutatavate katalüsaatorite simuleerimiseks. Ettevõtted ütlevad, et nende töö võib vähendada kõige keskkonnamõju alates kütuseelementidest kuni naftakeemia ja vesiniku tootmiseni.

Uuring oli avaldatud ajakirjas Physical Review Research eelmisel nädalal ja demonstreerib, kuidas veaparandusega kvantarvuti suudab simuleerida nikkeloksiidi ja pallaadiumoksiidi. Ettevõtete sõnul on need olulised materjalid heterogeenses katalüüsis, protsessis, mida kasutatakse mitmesuguste kemikaalide ja kütuste loomiseks.

"Meie algoritm võimaldab suurte tahkissüsteemide kvantsimuleerimist, mille käitusaeg on sageli seotud palju väiksemate molekulaarsüsteemidega. See töö sillutab teed materjalide tulevastele praktilistele simulatsioonidele veaparandusega kvantarvutites,“ ütles ülikooli kvantteadlane dr Aleksei Ivanov. Riverlane ja paberi juhtiv autor.

Paljusid materjale on nende keeruka kvantloomuse tõttu raske tavalistes arvutites simuleerida. Siin võivad kvantarvutid aidata, kuid seni on enamik uuringuid keskendunud molekulide, mitte materjalide simuleerimisele. Selle põhjuseks on asjaolu, et materjalidel on täiendav struktuur, näiteks translatsioonisümmeetria või perioodilisus.

"Tavaliselt kasutatavad klassikalised arvutusmeetodid tuginevad sageli ligikaudsetele väärtustele, mis ei pruugi olla teatud materjalide, sealhulgas tugevas korrelatsioonis metallioksiidide puhul hästi põhjendatud, mis toob kaasa ebarahuldava jõudluse," ütles dr Tom Ellaby, teadus- ja arendusteadlane. Johnson Matthey.

Dr Rachel Kerber, Johnson Matthey vanemteadur, ütles: "Kvantsimulatsioonid võiksid pakkuda meile vahendit paljude nende materjalide modelleerimiseks, mis pakuvad sageli katalüüsi ja materjaliteaduse teadlastele üldiselt suurt huvi."

Teadlased kasutasid uue kvantalgoritmi väljatöötamiseks klassikalises arvutuslikes kondenseeritud aineuuringutes välja töötatud kontseptsioone.

"Selles töös esitasime endale küsimuse: kuidas saaksime olemasolevat molekulaarset algoritmi muuta, et materjali struktuuri ära kasutada? Mõtlesime välja, kuidas seda teha, ja selle tulemusena vähendavad meie olemasoleva kvantalgoritmi muudatused kvantressursside nõudeid. Seega vajavad tulevased kvantarvutid palju vähem kubitte ja väiksemat vooluringi sügavust, võrreldes varasemate kvantalgoritmidega ilma muudatusteta,” ütles Riverlane’i vanemkvanteadlane dr Christoph Sunderhauf ja artikli kaasautor. "Peamine hoiatus on see, et peame ootama, kuni keegi ehitab piisavalt suure veaparandatud kvantarvuti."

Tänapäeva kvantarvutitel on kõige rohkem paarsada kvantbitti (kubitti), mis piirab nende masinate kasulikkust. Kuid kvantarvutid peavad ulatuma suurusjärkude võrra, et jõuda veaparanduseni ja avada rakendusi mitmes tööstusharus.

Et jõuda vigade parandamiseni kiiremini, ehitab Riverlane veaparandusega kvantarvutitele operatsioonisüsteemi, mis sisaldab juhtimissüsteemi (miljonite vajalike kubittide juhtimiseks ja kalibreerimiseks) ja kiireid dekoodreid (et peatada vigade levimine ja arvutuste kasutuks muutmine). Kui need veaparandusega kvantarvutid on valmis, vajame ka tõrketaluvaid kvantalgoritme, et olla nendes masinates töövalmis.

"Peame püüdma avada kvantarvutite kasulikke rakendusjuhtumeid," ütles Ivanov. "Kui jätkame kvantalgoritmide täiustamist, ei peaks me kasulike rakenduste jaoks nii suurt kvantarvutit ehitama."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/