英国研究人员：量子可以模拟化学过程中的催化剂，减少对环境的影响

来自 Riverlane 量子工程公司和可持续技术公司庄信万丰的研究人员宣布，他们已经开发出量子算法来模拟工业化学过程中使用的催化剂。 这些公司表示，他们的工作可能会减少从燃料电池到石化产品和制氢等一切事物对环境的影响。

该研究是 发表于物理评论研究 上周并演示了纠错量子计算机如何模拟氧化镍和氧化钯。 这些公司表示，这些是多相催化中的重要材料，多相催化是一种用于制造多种化学品和燃料的工艺。

“我们的算法能够对大型固态系统进行量子模拟，其运行时间通常与更小的分子系统相关联。 这项工作为未来在纠错量子计算机上对材料进行实际模拟铺平了道路，”量子科学家 Aleksei Ivanov 博士说。 河岸 和论文的主要作者。

许多材料由于其复杂的量子性质而难以在普通计算机上进行模拟。 这是量子计算机可以提供帮助的地方，但直到现在，大多数研究都集中在分子模拟上，而不是材料上。 这是因为材料具有额外的结构，例如平移对称性或周期性。

“常用的经典计算方法通常依赖于某些材料可能不合理的近似值，包括强相关的金属氧化物，导致性能不尽如人意，”研发科学家 Tom Ellaby 博士说。 庄信万丰.

Johnson Matthey 的高级科学家 Rachel Kerber 博士说：“量子模拟可以为我们提供一种对许多这些材料进行建模的方法，这些材料通常对催化和材料科学领域的研究人员非常感兴趣。”

研究人员利用经典计算凝聚态研究中开发的概念来开发新的量子算法。

“在这项工作中，我们问了自己一个问题：我们如何修改现有的分子算法以利用材料的结构？ 我们想出了如何做到这一点，因此，我们对现有量子算法的修改减少了量子资源需求。 因此，与之前未经任何修改的量子算法相比，未来的量子计算机需要更少的量子位和更小的电路深度，”Riverlane 的高级量子科学家、该论文的合著者 Christoph Sunderhauf 博士说。 “这里的主要警告是，我们将不得不等到有人真正建造出足够大的纠错量子计算机。”

今天的量子计算机最多只有几百个量子比特 (qubits)，限制了这些机器的实用性。 但量子计算机必须按数量级扩展才能实现纠错并解锁跨多个行业的应用程序。

为了更快地实现纠错，Riverlane 正在为纠错量子计算机构建一个操作系统，其中包括一个控制系统（用于控制和校准所需的数百万个量子位）和快速解码器（用于阻止错误传播和使计算无用）。 当这些纠错量子计算机准备就绪时，我们还需要容错量子算法准备好在这些机器上运行。

“我们需要努力解锁量子计算机的有用应用案例，”伊万诺夫说。 “如果我们继续进一步改进量子算法，那么我们就不需要为有用的应用构建如此庞大的量子计算机。”

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• Sumber: https://insidehpc.com/2023/03/uk-researchers-quantum-can-simulate-catalysts-in-chemical-processes-cut-environmental-impacts/