Britanski raziskovalci: Quantum lahko simulira katalizatorje v kemičnih procesih in zmanjša vplive na okolje

Raziskovalci iz podjetja za kvantni inženiring Riverlane in podjetja za trajnostno tehnologijo Johnson Matthey so objavili, da so razvili kvantne algoritme za simulacijo katalizatorjev, ki se uporabljajo v industrijskih kemičnih procesih. Podjetja pravijo, da lahko njihovo delo zmanjša vpliv na okolje vsega, od gorivnih celic do petrokemičnih izdelkov in proizvodnje vodika.

Raziskava je bila objavljeno v Physical Review Research prejšnji teden in prikazuje, kako lahko kvantni računalnik s popravljenimi napakami simulira nikljev oksid in paladijev oksid. To so pomembni materiali v heterogeni katalizi, procesu, ki se uporablja za ustvarjanje širokega nabora kemikalij in goriv, ​​v skladu s podjetji.

»Naš algoritem omogoča kvantno simulacijo velikih polprevodniških sistemov z časom delovanja, ki je pogosto povezan z veliko manjšimi molekularnimi sistemi. To delo utira pot prihodnjim praktičnim simulacijam materialov na kvantnih računalnikih s popravljenimi napakami,« je povedal dr. Aleksej Ivanov, kvantni znanstvenik pri Riverlane in glavni avtor prispevka.

Številne materiale je težko simulirati na običajnih računalnikih zaradi njihove kompleksne, kvantne narave. Tu lahko pomagajo kvantni računalniki, vendar je bila do zdaj večina raziskav osredotočena na simulacijo molekul, ne materialov. To je zato, ker imajo materiali dodatno strukturo, kot je translacijska simetrija ali periodičnost.

»Pogosto uporabljene klasične računalniške metode se pogosto zanašajo na približke, ki morda niso dobro utemeljeni za določene materiale, vključno z močno koreliranimi kovinskimi oksidi, kar vodi v nezadovoljivo delovanje,« pravi dr. Tom Ellaby, znanstvenik za raziskave in razvoj pri Johnson Matthey.

Dr. Rachel Kerber, višja znanstvenica pri Johnson Matthey, je dejala: "Kvantne simulacije bi nam lahko zagotovile način za modeliranje številnih teh materialov, ki so pogosto zelo zanimivi za raziskovalce katalize in znanosti o materialih na splošno."

Raziskovalci so za razvoj novega kvantnega algoritma uporabili koncepte, razvite v klasičnih računalniških raziskavah kondenzirane snovi.

»V tem delu smo si zastavili vprašanje: Kako lahko spremenimo obstoječi molekularni algoritem, da izkoristimo strukturo materiala? Ugotovili smo, kako to narediti, in posledično naše spremembe obstoječega kvantnega algoritma zmanjšajo zahteve po kvantnih virih. Torej bodoči kvantni računalniki zahtevajo veliko manj kubitov in zmanjšano globino vezja v primerjavi s prejšnjimi kvantnimi algoritmi brez kakršnih koli sprememb,« je povedal dr. Christoph Sunderhauf, višji kvantni znanstvenik pri Riverlanu in soavtor prispevka. "Glavno opozorilo tukaj je, da bomo morali počakati, dokler nekdo dejansko ne zgradi dovolj velikega kvantnega računalnika s popravljenimi napakami."

Današnji kvantni računalniki imajo največ nekaj sto kvantnih bitov (kubitov), ​​kar omejuje uporabnost teh strojev. Toda kvantni računalniki se morajo povečati za velikostne rede, da dosežejo popravljanje napak in odklenejo aplikacije v več panogah.

Da bi hitreje dosegel popravljanje napak, Riverlane gradi operacijski sistem za kvantne računalnike s popravljenimi napakami, ki vključuje nadzorni sistem (za nadzor in kalibracijo milijonov potrebnih kubitov) in hitre dekoderje (za zaustavitev širjenja napak in izračunov, ki postanejo neuporabni). Ko bodo ti kvantni računalniki s popravljenimi napakami pripravljeni, potrebujemo tudi kvantne algoritme, odporne na napake, da bodo pripravljeni za delovanje na teh strojih.

"Prizadevati si moramo za odklepanje uporabnih primerov uporabe kvantnih računalnikov," je dejal Ivanov. "Če bomo še naprej izboljševali kvantne algoritme, potem nam ne bi bilo treba zgraditi tako velikega kvantnega računalnika za uporabne aplikacije."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/