Naukowcy z Wielkiej Brytanii: Quantum może symulować katalizatory w procesach chemicznych, zmniejszając wpływ na środowisko

Naukowcy z firmy inżynierii kwantowej Riverlane i firmy zajmującej się zrównoważonymi technologiami Johnson Matthey ogłosili, że opracowali algorytmy kwantowe do symulacji katalizatorów stosowanych w przemysłowych procesach chemicznych. Firmy twierdzą, że ich praca może zmniejszyć wpływ na środowisko wszystkiego, od ogniw paliwowych po produkty petrochemiczne i produkcję wodoru.

Badanie było opublikowane w Physical Review Research w zeszłym tygodniu i pokazuje, jak komputer kwantowy z korekcją błędów może symulować tlenek niklu i tlenek palladu. Według firm są to ważne materiały w katalizie heterogenicznej, procesie wykorzystywanym do tworzenia szerokiej gamy chemikaliów i paliw.

„Nasz algorytm umożliwia kwantową symulację dużych układów półprzewodnikowych z czasami działania często związanymi z dużo mniejszymi układami molekularnymi. Ta praca toruje drogę do przyszłych praktycznych symulacji materiałów na komputerach kwantowych z korekcją błędów” – powiedział dr Aleksiej Iwanow, naukowiec kwantowy z Rzeczna i główny autor artykułu.

Symulacja wielu materiałów na zwykłych komputerach jest trudna ze względu na ich złożoną, kwantową naturę. Tutaj mogą pomóc komputery kwantowe, ale do tej pory większość badań koncentrowała się na symulacji cząsteczek, a nie materiałów. Dzieje się tak, ponieważ materiały mają dodatkową strukturę, taką jak symetria translacyjna lub okresowość.

„Powszechnie stosowane klasyczne metody obliczeniowe często opierają się na przybliżeniach, które mogą nie być dobrze uzasadnione w przypadku niektórych materiałów, w tym silnie skorelowanych tlenków metali, co prowadzi do niezadowalających wyników” — mówi dr Tom Ellaby, naukowiec ds. badań i rozwoju w Johnson Matthey.

Dr Rachel Kerber, starszy naukowiec z Johnson Matthey, powiedziała: „Symulacje kwantowe mogą zapewnić nam możliwość modelowania wielu z tych materiałów, które często cieszą się dużym zainteresowaniem badaczy zajmujących się katalizą i ogólnie materiałoznawstwem”.

Naukowcy wykorzystali koncepcje opracowane w ramach klasycznych obliczeniowych badań materii skondensowanej w celu opracowania nowego algorytmu kwantowego.

„W tej pracy zadaliśmy sobie pytanie: w jaki sposób możemy zmodyfikować istniejący algorytm molekularny, aby wykorzystać strukturę materiału? Wymyśliliśmy, jak to zrobić, iw rezultacie nasze modyfikacje istniejącego algorytmu kwantowego zmniejszają wymagania dotyczące zasobów kwantowych. Tak więc przyszłe komputery kwantowe wymagają znacznie mniejszej liczby kubitów i zmniejszonej głębokości obwodu w porównaniu z wcześniejszymi algorytmami kwantowymi bez żadnych modyfikacji” – powiedział dr Christoph Sunderhauf, starszy naukowiec zajmujący się kwantami w Riverlane i współautor artykułu. „Głównym zastrzeżeniem jest to, że będziemy musieli poczekać, aż ktoś faktycznie zbuduje wystarczająco duży komputer kwantowy z korekcją błędów”.

Dzisiejsze komputery kwantowe mają co najwyżej kilkaset bitów kwantowych (kubitów), co ogranicza użyteczność tych maszyn. Ale komputery kwantowe muszą skalować się o rzędy wielkości, aby osiągnąć korekcję błędów i odblokować aplikacje w wielu branżach.

Aby szybciej osiągnąć korektę błędów, Riverlane buduje system operacyjny dla komputerów kwantowych z korekcją błędów, który obejmuje system sterowania (do kontrolowania i kalibracji milionów wymaganych kubitów) oraz szybkie dekodery (aby zatrzymać propagację błędów i uczynić obliczenia bezużytecznymi). Kiedy te komputery kwantowe z korekcją błędów będą gotowe, potrzebujemy również odpornych na błędy algorytmów kwantowych, aby były gotowe do działania na tych maszynach.

„Musimy dążyć do odblokowania użytecznych zastosowań komputerów kwantowych” – powiedział Iwanow. „Jeśli nadal będziemy ulepszać algorytmy kwantowe, nie musielibyśmy budować tak ogromnego komputera kwantowego do użytecznych zastosowań”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/