นักวิจัยในสหราชอาณาจักร: ควอนตัมสามารถจำลองตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการทางเคมี ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

นักวิจัยจากบริษัทวิศวกรรมควอนตัม Riverlane และบริษัทเทคโนโลยีที่ยั่งยืน Johnson Matthey ประกาศว่าพวกเขาได้พัฒนาอัลกอริทึมควอนตัมเพื่อจำลองตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในกระบวนการทางเคมีอุตสาหกรรม บริษัทเหล่านี้กล่าวว่างานของพวกเขาอาจลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากทุกสิ่งตั้งแต่เซลล์เชื้อเพลิงไปจนถึงการผลิตปิโตรเคมีและไฮโดรเจน

จากการวิจัยพบว่า เผยแพร่ในการวิจัยทบทวนทางกายภาพ เมื่อสัปดาห์ที่แล้วและแสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ไขข้อผิดพลาดสามารถจำลองนิกเกิลออกไซด์และแพลเลเดียมออกไซด์ได้อย่างไร สิ่งเหล่านี้เป็นวัสดุสำคัญในการเร่งปฏิกิริยาแบบต่างชนิดกัน ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้สร้างสารเคมีและเชื้อเพลิงหลายชนิด

“อัลกอริธึมของเราช่วยให้สามารถจำลองควอนตัมของระบบโซลิดสเตตขนาดใหญ่ที่มีรันไทม์ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับระบบโมเลกุลที่เล็กกว่ามาก งานนี้เป็นการปูทางไปสู่การจำลองวัสดุที่ใช้งานได้จริงในอนาคตบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ไขข้อผิดพลาด” ดร. อเล็กเซ อิวานอฟ นักวิทยาศาสตร์ควอนตัมจาก ริเวอร์เลน และผู้เขียนนำของหนังสือพิมพ์

วัสดุจำนวนมากยากที่จะจำลองบนคอมพิวเตอร์ทั่วไปเนื่องจากลักษณะทางควอนตัมที่ซับซ้อน นี่คือสิ่งที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยได้ แต่จนถึงขณะนี้ งานวิจัยส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การจำลองโมเลกุล ไม่ใช่วัสดุ เนื่องจากวัสดุมีโครงสร้างเพิ่มเติม เช่น ความสมมาตรในการแปลหรือช่วงเวลา

“วิธีการคำนวณแบบคลาสสิกที่ใช้กันทั่วไปมักจะอาศัยการประมาณค่าที่อาจไม่สมเหตุสมผลสำหรับวัสดุบางชนิด รวมถึงออกไซด์ของโลหะที่สัมพันธ์กันอย่างมาก ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพที่ไม่น่าพึงพอใจ” ดร. ทอม เอลลาบี นักวิทยาศาสตร์ฝ่ายวิจัยและพัฒนาของ จอห์นสัน แมทเทย์.

ดร.ราเชล เคอร์เบอร์ นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ Johnson Matthey กล่าวว่า "การจำลองแบบควอนตัมสามารถช่วยให้เราสร้างแบบจำลองของวัสดุเหล่านี้ได้มากมาย ซึ่งมักจะเป็นที่สนใจอย่างมากสำหรับนักวิจัยด้านปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาและวัสดุศาสตร์โดยทั่วไป"

นักวิจัยใช้ประโยชน์จากแนวคิดที่พัฒนาขึ้นในการวิจัยสสารควบแน่นแบบคลาสสิกเพื่อพัฒนาอัลกอริทึมควอนตัมใหม่

“ในงานนี้ เราถามตัวเองด้วยคำถามว่า เราจะปรับเปลี่ยนอัลกอริธึมโมเลกุลที่มีอยู่เพื่อใช้ประโยชน์จากโครงสร้างของวัสดุได้อย่างไร เราพบวิธีการทำเช่นนี้ และเป็นผลให้การปรับเปลี่ยนอัลกอริทึมควอนตัมที่มีอยู่ของเราลดความต้องการทรัพยากรควอนตัม ดังนั้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตจึงต้องการ qubits น้อยลงและความลึกของวงจรลดลง เมื่อเทียบกับเมื่อก่อนที่อัลกอริทึมควอนตัมไม่มีการปรับเปลี่ยนใดๆ” Dr. Christoph Sunderhauf นักวิทยาศาสตร์ควอนตัมอาวุโสของ Riverlane และผู้ร่วมเขียนรายงานกล่าว “ข้อแม้หลักที่นี่คือเราจะต้องรอจนกว่าจะมีคนสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ไขข้อผิดพลาดขนาดใหญ่เพียงพอ”

คอมพิวเตอร์ควอนตัมในปัจจุบันมีควอนตัมบิต (qubits) ไม่กี่ร้อยบิต ซึ่งจำกัดประโยชน์ของเครื่องเหล่านี้ แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องขยายขนาดตามลำดับความสำคัญเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดและปลดล็อกแอปพลิเคชันในหลายอุตสาหกรรม

เพื่อให้การแก้ไขข้อผิดพลาดเร็วขึ้น Riverlane กำลังสร้างระบบปฏิบัติการสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ไขข้อผิดพลาด ซึ่งรวมถึงระบบควบคุม (เพื่อควบคุมและสอบเทียบจำนวน qubits ที่จำเป็น) และตัวถอดรหัสที่รวดเร็ว เมื่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ไขข้อผิดพลาดเหล่านี้พร้อมแล้ว เราก็ต้องมีอัลกอริทึมควอนตัมที่ทนทานต่อความผิดพลาดเพื่อให้พร้อมที่จะทำงานบนเครื่องเหล่านี้

“เราจำเป็นต้องพยายามปลดล็อกกรณีแอปพลิเคชันที่มีประโยชน์ของคอมพิวเตอร์ควอนตัม” Ivanov กล่าว “หากเรายังคงปรับปรุงอัลกอริทึมควอนตัมให้ดียิ่งขึ้น เราก็ไม่จำเป็นต้องสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่เช่นนี้สำหรับการใช้งานที่เป็นประโยชน์”

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/