英国の研究者: 量子は化学プロセスにおける触媒をシミュレートし、環境への影響を削減できます

Riverlane 量子工学会社と持続可能な技術会社 Johnson Matthey の研究者は、工業化学プロセスで使用される触媒をシミュレートするための量子アルゴリズムを開発したと発表しました。 両社は、燃料電池から石油化学製品、水素製造まで、あらゆるものの環境への影響を削減できる可能性があると述べています。

研究は Physical Review Researchに掲載 先週、誤り訂正された量子コンピューターが酸化ニッケルと酸化パラジウムをシミュレートする方法を示しました。 両社によると、これらは、幅広い化学物質や燃料の製造に使用されるプロセスである不均一系触媒反応における重要な材料です。

「私たちのアルゴリズムは、ランタイムがはるかに小さな分子システムに関連することが多い大規模な固体システムの量子シミュレーションを可能にします。 この研究は、エラー修正された量子コンピューターでの材料の将来の実用的なシミュレーションへの道を開きます」と、 リバーレーン そして論文の筆頭著者。

多くの物質は、その複雑で量子的な性質のために、通常のコンピューターでシミュレートするのが困難です。 これは量子コンピューターが役立つところですが、これまでほとんどの研究は材料ではなく分子のシミュレーションに焦点を当ててきました。 これは、材料が並進対称性や周期性などの追加の構造を持っているためです。

「一般的に使用されている古典的な計算方法は、多くの場合、強相関金属酸化物を含む特定の材料では十分に正当化されない可能性のある近似に依存しており、満足のいく性能を発揮できません。」 ジョンソンマセイ.

Johnson Matthey のシニア サイエンティストである Rachel Kerber 博士は、次のように述べています。

研究者は、古典的な計算凝縮物質研究で開発された概念を活用して、新しい量子アルゴリズムを開発しました。

「この作業で、私たちは自問自答しました。既存の分子アルゴリズムを変更して、材料の構造を利用するにはどうすればよいでしょうか? これを行う方法を見つけた結果、既存の量子アルゴリズムへの変更により、量子リソースの要件が軽減されました。 そのため、将来の量子コンピューターは、以前の量子アルゴリズムに変更を加えていない場合と比較して、はるかに少ない量子ビットと回路の深さを必要とします」と、Rivelane の上級量子科学者で論文の共著者である Christoph Sunderhauf 博士は述べています。 「ここでの主な注意点は、誰かが実際に十分に大きな誤り訂正量子コンピューターを構築するまで待たなければならないということです。」

今日の量子コンピューターには、せいぜい数百の量子ビット (キュービット) しかなく、これらのマシンの有用性が制限されています。 しかし、量子コンピューターは、エラー修正を実現し、複数の業界にわたってアプリケーションを解き放つために、桁違いにスケールアップする必要があります。

誤り訂正をより早く達成するために、Rivelane は誤り訂正量子コンピュータ用のオペレーティング システムを構築しています。これには、制御システム (必要な数百万の量子ビットを制御および調整するため) と高速デコーダ (誤りの伝播を停止し、計算を無用にするため) が含まれます。 これらのエラー修正された量子コンピューターの準備が整ったら、フォールト トレラントな量子アルゴリズムをこれらのマシンで実行できるようにする必要もあります。

「量子コンピューターの有用な応用事例を解き明かすために努力する必要があります」と Ivanov 氏は述べています。 「量子アルゴリズムをさらに改善し続ければ、有用なアプリケーション用にこれほど巨大な量子コンピューターを構築する必要はなくなるでしょう。」

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• 情報源： https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/