Các nhà nghiên cứu Vương quốc Anh: Lượng tử có thể mô phỏng chất xúc tác trong các quá trình hóa học, cắt giảm tác động đến môi trường

Các nhà nghiên cứu từ công ty kỹ thuật lượng tử Riverlane và công ty công nghệ bền vững Johnson Matthey tuyên bố họ đã phát triển các thuật toán lượng tử để mô phỏng các chất xúc tác được sử dụng trong các quá trình hóa học công nghiệp. Các công ty cho biết công việc của họ có thể làm giảm tác động môi trường của mọi thứ, từ pin nhiên liệu đến hóa dầu và sản xuất hydro.

nghiên cứu là được xuất bản trong Nghiên cứu đánh giá vật lý tuần trước và chứng minh làm thế nào một máy tính lượng tử được sửa lỗi có thể mô phỏng oxit niken và oxit palladi. Theo các công ty, đây là những vật liệu quan trọng trong xúc tác dị thể, một quy trình được sử dụng để tạo ra nhiều loại hóa chất và nhiên liệu.

“Thuật toán của chúng tôi cho phép mô phỏng lượng tử của các hệ thống trạng thái rắn lớn với thời gian chạy thường liên quan đến các hệ thống phân tử nhỏ hơn nhiều. Công trình này mở đường cho các mô phỏng vật liệu thực tế trong tương lai trên máy tính lượng tử đã sửa lỗi,” Tiến sĩ Aleksei Ivanov, một nhà khoa học lượng tử tại đường sông và tác giả chính của bài báo.

Nhiều vật liệu rất khó mô phỏng trên máy tính thông thường do tính chất lượng tử phức tạp của chúng. Đây là nơi máy tính lượng tử có thể giúp đỡ, nhưng cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào mô phỏng phân tử chứ không phải vật liệu. Điều này là do các vật liệu có cấu trúc bổ sung, chẳng hạn như đối xứng tịnh tiến hoặc tính tuần hoàn.

Tiến sĩ Tom Ellaby, một nhà khoa học R&D tại Đại học California, cho biết: “Các phương pháp tính toán cổ điển thường được sử dụng thường dựa vào các phép tính gần đúng có thể không được chứng minh rõ ràng đối với một số vật liệu nhất định, bao gồm các oxit kim loại có tương quan mạnh, dẫn đến hiệu suất không đạt yêu cầu”. Johnson Matthey.

Tiến sĩ Rachel Kerber, nhà khoa học cấp cao tại Johnson Matthey, cho biết: “Mô phỏng lượng tử có thể cung cấp phương tiện để chúng tôi mô hình hóa nhiều vật liệu này, vốn thường được các nhà nghiên cứu về xúc tác và khoa học vật liệu nói chung rất quan tâm.”

Các nhà nghiên cứu đã tận dụng các khái niệm được phát triển trong nghiên cứu vật chất ngưng tụ tính toán cổ điển để phát triển thuật toán lượng tử mới.

“Trong công việc này, chúng tôi đã tự hỏi mình một câu hỏi: Làm thế nào chúng ta có thể sửa đổi một thuật toán phân tử hiện có để tận dụng cấu trúc của vật liệu? Chúng tôi đã tìm ra cách thực hiện điều này và kết quả là những sửa đổi của chúng tôi đối với thuật toán lượng tử hiện tại làm giảm các yêu cầu về tài nguyên lượng tử. Vì vậy, các máy tính lượng tử trong tương lai yêu cầu ít qubit hơn và độ sâu mạch giảm hơn so với khi các thuật toán lượng tử trước đó không có bất kỳ sửa đổi nào,” Tiến sĩ Christoph Sunderhauf, nhà khoa học lượng tử cao cấp tại Riverlane và đồng tác giả của bài báo cho biết. “Cảnh báo chính ở đây là chúng ta sẽ phải đợi cho đến khi ai đó thực sự chế tạo được một máy tính lượng tử có khả năng sửa lỗi đủ lớn.”

Các máy tính lượng tử ngày nay có tối đa vài trăm bit lượng tử (qubit), làm hạn chế tính hữu dụng của các máy này. Nhưng các máy tính lượng tử phải mở rộng quy mô theo thứ tự cường độ để đạt được khả năng sửa lỗi và mở khóa các ứng dụng trong nhiều ngành.

Để đạt được khả năng sửa lỗi sớm hơn, Riverlane đang xây dựng một hệ điều hành cho các máy tính lượng tử được sửa lỗi, bao gồm một hệ thống điều khiển (để kiểm soát và hiệu chỉnh hàng triệu qubit cần thiết) và bộ giải mã nhanh (để ngăn lỗi lan truyền và khiến các phép tính trở nên vô dụng). Khi các máy tính lượng tử sửa lỗi này sẵn sàng, chúng ta cũng cần các thuật toán lượng tử chịu lỗi để sẵn sàng chạy trên các máy này.

Ivanov nói: “Chúng ta cần cố gắng mở khóa các trường hợp ứng dụng hữu ích của máy tính lượng tử. “Nếu chúng ta tiếp tục cải thiện các thuật toán lượng tử hơn nữa, thì chúng ta sẽ không cần phải xây dựng một máy tính lượng tử khổng lồ như vậy cho các ứng dụng hữu ích.”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/