Британские исследователи: Quantum может моделировать катализаторы в химических процессах, снижая воздействие на окружающую среду

Исследователи из компании по квантовому инжинирингу Riverlane и компании по устойчивым технологиям Johnson Matthey объявили, что разработали квантовые алгоритмы для моделирования катализаторов, используемых в промышленных химических процессах. Компании заявляют, что их работа может снизить воздействие на окружающую среду всего, от топливных элементов до нефтехимии и производства водорода.

Исследование было опубликовано в Physical Review Research на прошлой неделе и демонстрирует, как квантовый компьютер с исправлением ошибок может моделировать оксид никеля и оксид палладия. По словам компаний, это важные материалы для гетерогенного катализа — процесса, используемого для создания широкого спектра химикатов и топлива.

«Наш алгоритм позволяет проводить квантовое моделирование больших твердотельных систем со временем выполнения, часто связанным с гораздо меньшими молекулярными системами. Эта работа прокладывает путь к будущему практическому моделированию материалов на квантовых компьютерах с исправлением ошибок», — сказал доктор Алексей Иванов, квантовый ученый из Риверлейн и ведущий автор статьи.

Многие материалы трудно моделировать на обычных компьютерах из-за их сложной квантовой природы. Здесь могут помочь квантовые компьютеры, но до сих пор большая часть исследований была сосредоточена на моделировании молекул, а не материалов. Это связано с тем, что материалы имеют дополнительную структуру, такую ​​как трансляционная симметрия или периодичность.

«Обычно используемые классические вычислительные методы часто основаны на приближениях, которые могут быть недостаточно обоснованы для определенных материалов, включая сильно коррелированные оксиды металлов, что приводит к неудовлетворительной производительности», — говорит доктор Том Эллаби, научный сотрудник отдела исследований и разработок в Джонсон Матти.

Доктор Рэйчел Кербер, старший научный сотрудник Johnson Matthey, сказала: «Квантовое моделирование может предоставить нам средства для моделирования многих из этих материалов, которые часто представляют большой интерес для исследователей в области катализа и материаловедения в целом».

Исследователи использовали концепции, разработанные в классических вычислительных исследованиях конденсированных сред, для разработки нового квантового алгоритма.

«В этой работе мы задались вопросом: как мы можем изменить существующий молекулярный алгоритм, чтобы использовать преимущества структуры материала? Мы придумали, как это сделать, и в результате наши модификации существующего квантового алгоритма снижают требования к квантовым ресурсам. Таким образом, будущим квантовым компьютерам потребуется гораздо меньше кубитов и меньшая глубина схемы по сравнению с предыдущими квантовыми алгоритмами без каких-либо модификаций», — сказал доктор Кристоф Сандерхауф, старший научный сотрудник по квантовым исследованиям в Риверлейн и соавтор статьи. «Главное предостережение здесь заключается в том, что нам придется подождать, пока кто-то действительно не построит достаточно большой квантовый компьютер с исправлением ошибок».

Современные квантовые компьютеры имеют не более нескольких сотен квантовых битов (кубитов), что ограничивает полезность этих машин. Но квантовые компьютеры должны масштабироваться на порядки, чтобы обеспечить исправление ошибок и разблокировать приложения во многих отраслях.

Чтобы добиться исправления ошибок раньше, Riverlane создает операционную систему для квантовых компьютеров с исправлением ошибок, которая включает в себя систему управления (для контроля и калибровки миллионов необходимых кубитов) и быстрые декодеры (чтобы остановить распространение ошибок и сделать вычисления бесполезными). Когда эти квантовые компьютеры с исправлением ошибок будут готовы, нам также потребуются отказоустойчивые квантовые алгоритмы, которые будут готовы к работе на этих машинах.

«Нам нужно стремиться открыть полезные варианты применения квантовых компьютеров», — сказал Иванов. «Если мы продолжим совершенствовать квантовые алгоритмы, нам не нужно будет строить такой огромный квантовый компьютер для полезных приложений».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/