영국 연구원: Quantum은 화학 공정에서 촉매를 시뮬레이션하고 환경 영향을 줄일 수 있습니다.

Riverlane 양자 엔지니어링 회사와 지속 가능한 기술 회사인 Johnson Matthey의 연구원들은 산업 화학 공정에 사용되는 촉매를 시뮬레이션하기 위한 양자 알고리즘을 개발했다고 발표했습니다. 회사들은 그들의 작업이 연료 전지에서 석유 화학 및 수소 생산에 이르기까지 모든 것의 환경적 영향을 줄일 수 있다고 말합니다.

연구는 피지컬 리뷰 리서치에 게재 오류가 수정된 양자 컴퓨터가 산화니켈과 산화팔라듐을 시뮬레이션할 수 있는 방법을 보여줍니다. 회사에 따르면 이들은 광범위한 화학 물질과 연료를 만드는 데 사용되는 공정인 불균일 촉매 작용에서 중요한 재료입니다.

“우리의 알고리즘은 종종 훨씬 더 작은 분자 시스템과 관련된 런타임으로 대형 솔리드 스테이트 시스템의 양자 시뮬레이션을 가능하게 합니다. 이 작업은 오류가 수정된 양자 컴퓨터에서 재료의 미래 실용적인 시뮬레이션을 향한 길을 열어줍니다.”라고 양자 과학자인 Dr. Aleksei Ivanov가 말했습니다. 리버 레인 그리고 논문의 주 저자.

많은 재료는 복잡한 양자 특성으로 인해 일반 컴퓨터에서 시뮬레이션하기 어렵습니다. 여기에서 양자 컴퓨터가 도움이 될 수 있지만 지금까지 대부분의 연구는 재료가 아닌 분자 시뮬레이션에 중점을 두었습니다. 이는 재료가 병진 대칭 또는 주기성과 같은 추가 구조를 갖기 때문입니다.

"일반적으로 사용되는 고전적인 계산 방법은 강한 상관 관계가 있는 금속 산화물을 포함하여 특정 물질에 대해 잘 정당화되지 않을 수 있는 근사치에 의존하여 만족스럽지 못한 성능을 초래합니다."라고 R&D 과학자인 Dr. Tom Ellaby는 말합니다. 존슨 매티.

Johnson Matthey의 수석 과학자인 Rachel Kerber 박사는 "양자 시뮬레이션은 일반적으로 촉매 및 재료 과학 분야의 연구자들이 종종 큰 관심을 보이는 이러한 많은 재료를 모델링할 수 있는 수단을 제공할 수 있습니다."라고 말했습니다.

연구원들은 새로운 양자 알고리즘을 개발하기 위해 고전적인 계산 응집 물질 연구에서 개발된 개념을 활용했습니다.

“이 작업에서 우리는 다음과 같은 질문을 스스로에게 던졌습니다. 물질의 구조를 활용하기 위해 기존의 분자 알고리즘을 어떻게 수정할 수 있습니까? 우리는 이를 수행하는 방법을 알아냈고 그 결과 기존 양자 알고리즘을 수정하여 양자 리소스 요구 사항을 줄였습니다. 따라서 미래의 양자 컴퓨터는 이전의 양자 알고리즘이 수정되지 않은 경우에 비해 훨씬 적은 큐비트와 감소된 회로 깊이를 필요로 합니다. "여기서 주의할 점은 누군가가 충분히 큰 오류 수정 양자 컴퓨터를 실제로 구축할 때까지 기다려야 한다는 것입니다."

오늘날의 양자 컴퓨터에는 기껏해야 수백 개의 양자 비트(큐비트)가 있어 이러한 기계의 유용성이 제한됩니다. 그러나 양자 컴퓨터는 오류 수정에 도달하고 여러 산업에서 응용 프로그램을 잠금 해제하기 위해 수십 배로 확장해야 합니다.

오류 수정에 더 빨리 도달하기 위해 Riverlane은 오류 수정 양자 컴퓨터용 운영 체제를 구축하고 있습니다. 여기에는 제어 시스템(필요한 수백만 큐비트를 제어하고 보정하기 위한)과 빠른 디코더(오류 전파를 중지하고 계산을 쓸모없게 만들기 위한)가 포함됩니다. 이러한 오류 수정 양자 컴퓨터가 준비되면 이러한 컴퓨터에서 실행할 수 있도록 내결함성 양자 알고리즘도 필요합니다.

Ivanov는 "우리는 양자 컴퓨터의 유용한 응용 사례를 풀기 위해 노력해야 합니다."라고 말했습니다. "양자 알고리즘을 계속해서 더 개선한다면 유용한 응용 프로그램을 위해 그렇게 거대한 양자 컴퓨터를 구축할 필요가 없을 것입니다."

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