Yhdistyneen kuningaskunnan tutkijat: Kvantti voi simuloida katalyyttejä kemiallisissa prosesseissa, vähentää ympäristövaikutuksia

Riverlane-kvanttitekniikan yrityksen ja kestävän teknologian yrityksen Johnson Mattheyn tutkijat ilmoittivat kehittäneensä kvanttialgoritmeja simuloimaan teollisissa kemiallisissa prosesseissa käytettyjä katalyyttejä. Yritykset sanovat, että heidän työnsä voi vähentää kaiken ympäristövaikutuksia polttokennoista petrokemian tuotteisiin ja vedyn tuotantoon.

Tutkimus oli julkaistu Physical Review Researchissa viime viikolla ja osoittaa, kuinka virhekorjattu kvanttitietokone voi simuloida nikkelioksidia ja palladiumoksidia. Nämä ovat tärkeitä materiaaleja heterogeenisessä katalyysissä, prosessissa, jota käytetään yritysten mukaan monenlaisten kemikaalien ja polttoaineiden luomiseen.

"Algoritmimme mahdollistaa suurten solid-state-järjestelmien kvantisimuloinnin, jonka ajoajat liittyvät usein paljon pienempiin molekyylijärjestelmiin. Tämä työ tasoittaa tietä tuleville käytännön materiaalien simuloinneille virhekorjatuilla kvanttitietokoneilla", sanoi tohtori Aleksei Ivanov, kvanttitutkija Riverlane ja lehden pääkirjoittaja.

Monia materiaaleja on vaikea simuloida tavallisilla tietokoneilla niiden monimutkaisen kvanttiluonteen vuoksi. Tässä kvanttitietokoneet voivat auttaa, mutta tähän asti suurin osa tutkimuksesta on keskittynyt molekyylien simulointiin, ei materiaaleihin. Tämä johtuu siitä, että materiaaleilla on lisärakenne, kuten translaatiosymmetria tai jaksollisuus.

"Yleisesti käytetyt klassiset laskennalliset menetelmät perustuvat usein likiarvoihin, jotka eivät välttämättä ole hyvin perusteltuja tietyille materiaaleille, mukaan lukien vahvasti korreloidut metallioksidit, mikä johtaa epätyydyttävään suorituskykyyn", sanoo Dr. Tom Ellaby, T&K-tutkija Johnson Matthey.

Dr. Rachel Kerber, Johnson Mattheyn vanhempi tutkija, sanoi: "Kvanttisimulaatiot voisivat tarjota meille keinon mallintaa monia näistä materiaaleista, jotka ovat usein erittäin kiinnostavia katalyysin ja materiaalitieteen tutkijoille yleensä."

Tutkijat hyödynsivät klassisen laskennallisen kondensoituneen aineen tutkimuksessa kehitettyjä konsepteja kehittääkseen uutta kvanttialgoritmia.

”Tässä työssä esitimme itseltämme kysymyksen: Kuinka voimme muokata olemassa olevaa molekyylialgoritmia hyödyntämään materiaalin rakennetta? Selvitimme, kuinka tämä tehdään, ja sen seurauksena olemassa olevaan kvanttialgoritmiin tekemämme muutokset vähentävät kvanttiresurssivaatimuksia. Joten tulevaisuuden kvanttitietokoneet vaativat paljon vähemmän kubitteja ja pienemmän piirin syvyyden verrattuna aikaisempiin kvanttialgoritmeihin ilman muutoksia", sanoi tohtori Christoph Sunderhauf, Riverlanen vanhempi kvanttitutkija ja paperin toinen kirjoittaja. "Tässä tärkein varoitus on, että meidän on odotettava, kunnes joku todella rakentaa riittävän suuren virhekorjatun kvanttitietokoneen."

Nykypäivän kvanttitietokoneissa on korkeintaan muutama sata kvanttibittiä (kubittia), mikä rajoittaa näiden koneiden käyttökelpoisuutta. Mutta kvanttitietokoneiden on skaalattava suuruusluokkaa päästäkseen virheenkorjaukseen ja vapauttaakseen sovelluksia useilla toimialoilla.

Saavuttaakseen virheenkorjauksen nopeammin Riverlane rakentaa käyttöjärjestelmää virhekorjatuille kvanttitietokoneille, joka sisältää ohjausjärjestelmän (joka ohjaa ja kalibroi miljoonia vaadittuja kubitteja) ja nopeita dekoodeja (estääkseen virheiden leviämisen ja tekemisen laskelmiin hyödyttömiksi). Kun nämä virhekorjatut kvanttitietokoneet ovat valmiita, tarvitsemme myös vikasietoisia kvanttialgoritmeja ollakseen valmiita toimimaan näillä koneilla.

"Meidän on pyrittävä avaamaan hyödyllisiä kvanttitietokoneiden sovellustapauksia", Ivanov sanoi. "Jos jatkamme kvanttialgoritmien parantamista edelleen, meidän ei tarvitsisi rakentaa niin valtavaa kvanttitietokonetta hyödyllisiä sovelluksia varten."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/