Brit kutatók: A kvantum képes szimulálni a katalizátorokat kémiai folyamatokban, csökkenti a környezeti hatásokat

A Riverlane kvantummérnöki vállalat és a Johnson Matthey fenntartható technológiai vállalat kutatói bejelentették, hogy kvantumalgoritmusokat fejlesztettek ki az ipari kémiai folyamatokban használt katalizátorok szimulálására. A vállalatok azt mondják, hogy munkájuk csökkentheti a környezetre gyakorolt ​​hatást az üzemanyagcelláktól kezdve a petrolkémiai anyagokon át a hidrogéntermelésig.

A kutatás az volt a Physical Review Researchben jelent meg múlt héten, és bemutatja, hogyan képes egy hibajavított kvantumszámítógép nikkel-oxidot és palládium-oxidot szimulálni. A vállalatok szerint ezek fontos anyagok a heterogén katalízisben, amely folyamatban vegyi anyagok és üzemanyagok széles skáláját állítják elő.

„Algoritmusunk lehetővé teszi nagy szilárdtestrendszerek kvantumszimulációját, amelyek futásideje gyakran sokkal kisebb molekuláris rendszerekhez kapcsolódik. Ez a munka előkészíti az utat az anyagok jövőbeli gyakorlati szimulációinak hibajavított kvantumszámítógépeken” – mondta Dr. Aleksei Ivanov, a kutatóintézet kvantumkutatója. Riverlane és a lap vezető szerzője.

Sok anyagot nehéz szimulálni közönséges számítógépeken összetett, kvantum természetük miatt. Ebben segíthetnek a kvantumszámítógépek, de eddig a legtöbb kutatás a molekulák, nem pedig az anyagok szimulációjára összpontosított. Ennek az az oka, hogy az anyagoknak további szerkezetük van, például transzlációs szimmetria vagy periodicitás.

„Az általánosan használt klasszikus számítási módszerek gyakran olyan közelítésekre támaszkodnak, amelyek bizonyos anyagok, köztük az erősen korrelált fém-oxidok esetében nem feltétlenül indokoltak, ami nem kielégítő teljesítményhez vezet” – mondta Dr. Tom Ellaby, a K+F tudósa. Johnson Matthey.

Dr. Rachel Kerber, a Johnson Matthey vezető tudósa a következőket mondta: „A kvantumszimulációk lehetőséget nyújthatnak számunkra ezen anyagok modellezésére, amelyek gyakran nagy érdeklődésre tartanak számot a katalízis és általában az anyagtudomány kutatói számára.”

A kutatók a klasszikus számítási kondenzáltanyag-kutatás során kidolgozott koncepciókat használták fel az új kvantumalgoritmus kidolgozásához.

„Ebben a munkában feltettünk magunknak egy kérdést: Hogyan módosíthatunk egy meglévő molekuláris algoritmust, hogy kihasználjuk az anyag szerkezetét? Kitaláltuk, hogyan kell ezt megtenni, és ennek eredményeként a meglévő kvantum algoritmuson végrehajtott módosításaink csökkentik a kvantumerőforrás-igényt. Tehát a jövő kvantumszámítógépei sokkal kevesebb qubitet és alacsonyabb áramköri mélységet igényelnek, mint a korábbi kvantumalgoritmusok minden módosítás nélkül” – mondta Dr. Christoph Sunderhauf, a Riverlane vezető kvantumtudósa és a cikk társszerzője. "A fő figyelmeztetés az, hogy meg kell várnunk, amíg valaki valóban megépít egy kellően nagy hibajavított kvantumszámítógépet."

A mai kvantumszámítógépek legfeljebb néhány száz kvantumbittel (qubit) rendelkeznek, ami korlátozza e gépek hasznosságát. A kvantumszámítógépeknek azonban nagyságrendekkel fel kell lépniük ahhoz, hogy elérjék a hibajavítást és feloldják az alkalmazásokat több iparágban.

A hibajavítás mielőbbi elérése érdekében a Riverlane egy operációs rendszert épít hibajavított kvantumszámítógépekhez, amely vezérlőrendszert (a szükséges több millió qubit vezérléséhez és kalibrálásához) és gyors dekódolókat (a hibák terjedésének és a számítások haszontalanná tételének megakadályozására) tartalmaz. Amikor ezek a hibajavított kvantumszámítógépek készen állnak, akkor szükségünk van hibatűrő kvantum algoritmusokra is, hogy készen álljunk a futtatásra ezeken a gépeken.

„Arra kell törekednünk, hogy feltárjuk a kvantumszámítógépek hasznos alkalmazási eseteit” – mondta Ivanov. "Ha továbbra is fejlesztjük a kvantumalgoritmusokat, akkor nem kellene ilyen hatalmas kvantumszámítógépet építenünk hasznos alkalmazásokhoz."

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/