Британські дослідники: Quantum може імітувати каталізатори в хімічних процесах, зменшити вплив на навколишнє середовище

Дослідники з компанії квантової інженерії Riverlane і компанії Johnson Matthey, що розробляє стійкі технології, оголосили, що вони розробили квантові алгоритми для моделювання каталізаторів, які використовуються в промислових хімічних процесах. Компанії кажуть, що їхня робота може зменшити вплив на навколишнє середовище всього, від паливних елементів до нафтохімії та виробництва водню.

Дослідження було опубліковано в Physical Review Research минулого тижня та демонструє, як квантовий комп’ютер із виправленням помилок може імітувати оксид нікелю та оксид паладію. За словами компаній, це важливі матеріали для гетерогенного каталізу, процесу, який використовується для створення широкого спектру хімічних речовин і палива.

«Наш алгоритм дозволяє квантове моделювання великих твердотільних систем із часом роботи, який часто пов’язаний із набагато меншими молекулярними системами. Ця робота прокладає шлях до майбутнього практичного моделювання матеріалів на квантових комп’ютерах із виправленням помилок», – сказав д-р Олексій Іванов, квантовий науковець з Ріверлейн і провідний автор статті.

Багато матеріалів важко моделювати на звичайних комп’ютерах через їх складну квантову природу. У цьому можуть допомогти квантові комп’ютери, але досі більшість досліджень зосереджувалися на моделюванні молекул, а не матеріалів. Це пояснюється тим, що матеріали мають додаткову структуру, таку як поступальна симетрія або періодичність.

«Поширені класичні обчислювальні методи часто ґрунтуються на наближеннях, які можуть бути невиправданими для певних матеріалів, у тому числі сильно корельованих оксидів металів, що призводить до незадовільної продуктивності», — за словами доктора Тома Еллабі, науковця з досліджень і розробок у Джонсон Метті.

Доктор Рейчел Кербер, старший науковий співробітник Johnson Matthey, сказала: «Квантове моделювання може надати нам засоби для моделювання багатьох із цих матеріалів, які часто становлять великий інтерес для дослідників у галузі каталізу та матеріалознавства в цілому».

Дослідники використовували концепції, розроблені в класичних обчислювальних дослідженнях конденсованих речовин, щоб розробити новий квантовий алгоритм.

«У цій роботі ми поставили собі питання: як ми можемо модифікувати існуючий молекулярний алгоритм, щоб скористатися структурою матеріалу? Ми з’ясували, як це зробити, і, як наслідок, наші модифікації існуючого квантового алгоритму зменшують вимоги до квантових ресурсів. Таким чином, майбутні квантові комп’ютери вимагають набагато менше кубітів і меншої глибини ланцюга в порівнянні з попередніми квантовими алгоритмами без будь-яких модифікацій», – сказав доктор Крістоф Зундерхауф, старший квантовий науковець у Riverlane і співавтор статті. «Головне застереження тут полягає в тому, що нам доведеться почекати, поки хтось справді створить достатньо великий квантовий комп’ютер із виправленням помилок».

Сучасні квантові комп’ютери мають щонайбільше кілька сотень квантових бітів (кубітів), що обмежує корисність цих машин. Але квантові комп’ютери повинні збільшуватися на порядки, щоб досягти виправлення помилок і розблокувати програми в багатьох галузях.

Щоб швидше досягти виправлення помилок, Riverlane будує операційну систему для квантових комп’ютерів із виправленням помилок, яка включає систему керування (для контролю та калібрування мільйонів необхідних кубітів) і швидкі декодери (щоб зупинити поширення помилок і зробити обчислення марними). Коли ці квантові комп’ютери з виправленням помилок будуть готові, нам також знадобляться відмовостійкі квантові алгоритми, які будуть готові працювати на цих машинах.

«Ми повинні прагнути розкрити корисні випадки застосування квантових комп’ютерів», — сказав Іванов. «Якщо ми продовжимо вдосконалювати квантові алгоритми й надалі, то нам не потрібно буде будувати такий величезний квантовий комп’ютер для корисних програм».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/