Cercetători din Marea Britanie: Quantum poate simula catalizatorii în procese chimice, reduce impactul asupra mediului

Cercetătorii de la compania de inginerie cuantică Riverlane și compania de tehnologie durabilă Johnson Matthey au anunțat că au dezvoltat algoritmi cuantici pentru a simula catalizatorii utilizați în procesele chimice industriale. Companiile spun că munca lor poate reduce impactul asupra mediului al tuturor, de la pile de combustie la produse petrochimice și producția de hidrogen.

Cercetarea a fost publicat în Physical Review Research săptămâna trecută și demonstrează cum un computer cuantic corectat de erori poate simula oxidul de nichel și oxidul de paladiu. Acestea sunt materiale importante în cataliză eterogenă, un proces folosit pentru a crea o gamă largă de substanțe chimice și combustibili, potrivit companiilor.

„Algoritmul nostru permite simularea cuantică a sistemelor mari în stare solidă cu timpi de rulare adesea asociati cu sisteme moleculare mult mai mici. Această lucrare deschide calea către viitoare simulări practice ale materialelor pe calculatoare cuantice corectate de erori”, a spus dr. Aleksei Ivanov, om de știință cuantic la Riverlane și autorul principal al lucrării.

Multe materiale sunt greu de simulat pe computerele obișnuite din cauza naturii lor complexe, cuantice. Acesta este locul în care computerele cuantice pot ajuta, dar până acum, majoritatea cercetărilor s-au concentrat pe simularea moleculelor, nu a materialelor. Acest lucru se datorează faptului că materialele au o structură suplimentară, cum ar fi simetria translațională sau periodicitatea.

„Metodele de calcul clasice utilizate în mod obișnuit se bazează adesea pe aproximări care ar putea să nu fie bine justificate pentru anumite materiale, inclusiv oxizi metalici puternic corelați, ceea ce duce la performanțe nesatisfăcătoare”, conform Dr. Tom Ellaby, om de știință R&D la Johnson Matthew.

Dr. Rachel Kerber, om de știință senior la Johnson Matthey, a declarat: „Simulările cuantice ne-ar putea oferi un mijloc de a modela multe dintre aceste materiale, care sunt adesea de mare interes pentru cercetătorii din cataliză și știința materialelor în general”.

Cercetătorii au folosit conceptele dezvoltate în cercetarea clasică computațională a materiei condensate pentru a dezvolta noul algoritm cuantic.

„În această lucrare, ne-am pus o întrebare: Cum putem modifica un algoritm molecular existent pentru a profita de structura materialului? Ne-am dat seama cum să facem acest lucru și, ca rezultat, modificările noastre la algoritmul cuantic existent reduc cerințele de resurse cuantice. Deci, viitoarele computere cuantice necesită mult mai puțini qubiți și o adâncime redusă a circuitului, în comparație cu algoritmii cuantici anteriori fără nicio modificare”, a spus dr. Christoph Sunderhauf, om de știință cuantic senior la Riverlane și co-autor al lucrării. „Principalul avertisment aici este că va trebui să așteptăm până când cineva construiește cu adevărat un computer cuantic corectat de erori suficient de mare.”

Calculatoarele cuantice de astăzi au câteva sute de biți cuantici (qubiți), cel mult, limitând utilitatea acestor mașini. Dar computerele cuantice trebuie să se extindă în ordine de mărime pentru a ajunge la corectarea erorilor și a debloca aplicații din mai multe industrii.

Pentru a ajunge mai repede la corectarea erorilor, Riverlane construiește un sistem de operare pentru calculatoarele cuantice corectate de erori, care include un sistem de control (pentru a controla și calibra milioanele de qubiți necesari) și decodoare rapide (pentru a opri propagarea erorilor și a face calculele inutile). Când aceste calculatoare cuantice corectate de erori sunt gata, avem nevoie și de algoritmi cuantici toleranți la erori pentru a fi gata să ruleze pe aceste mașini.

„Trebuie să ne străduim să deblocăm cazuri de aplicații utile ale computerelor cuantice”, a spus Ivanov. „Dacă continuăm să îmbunătățim algoritmii cuantici în continuare, atunci nu ar fi nevoie să construim un computer cuantic atât de uriaș pentru aplicații utile.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/