Это сотрудничество будет использовать квантовые вычисления, чтобы сделать производство более устойчивым

Oп понедельникНемецкий производитель полимеров Covestro объявил о пятилетнем соглашении о сотрудничестве с разработчиком программного обеспечения для квантовых вычислений из Сан-Франциско QC Ware. Вместе компании будут работать над разработкой алгоритмов квантовых вычислений, которые смогут улучшить производственные процессы и материалы Covestro.

«Мы полностью убеждены, что технология квантовых вычислений даст вычислительной химикам решающий импульс в будущем», — говорит Торстен Хайнеманн, руководитель группы инноваций Covestro.

Химическое производство и материаловедение — это отрасли, в которых микроскопические изменения в микроскопических системах могут оказать серьезное влияние на развитие макромасштаба. Компьютерные химики усердно работают над определением микроскопических структур, например, в солнечной панели, вплоть до того, как через нее движутся электроны. Небольшие изменения в этой инфраструктуре могут означать процентное повышение эффективности, что позволит ежегодно вырабатывать на мегаваттах больше энергии от солнечной электростанции. Аналогичным образом, разница в несколько молекул в катализаторе химической реакции может означать, что реакция может происходить при температуре на несколько градусов ниже, что может сэкономить производителям тысячи или даже миллионы долларов затрат.

Но проблема этой химии в том, что она должна осуществляться на квантовом уровне, где математика настолько сложна, что даже суперкомпьютеры испытывают трудности с подсчетом чисел. Это создает компромисс, при котором возможность своевременного проектирования материалов или процессов означает упрощение математических моделей и аппроксимацию квантовых систем. Чем проще модель, тем быстрее компьютеры смогут ее обработать, но за счет качества производства или эффективности.

Вот тут-то и вступают в игру квантовые вычисления. Поскольку эти системы используют преимущества квантовых процессов для создания вычислительной мощности, они обладают потенциалом для моделирования химии без аппроксимации. «Квантовой химией чрезвычайно естественно заниматься на квантовом компьютере», — объясняет Роб Пэрриш, руководитель отдела химического моделирования QC Ware (и выпускник 2015 года). Forbes Список наук до 30 лет). «А причина в том, что вы пытаетесь сделать двойника одной квантовой системы в другой квантовой системе. Так что карта очень хорошая».

Covestro и QC Ware провели последний год в партнерстве, чтобы разработать экспериментальную концепцию моделирования типов реакций, в результате которых образуются молекулы в промышленных целях. Результатом этой работы стали две статьи: одна демонстрирует новые методы, позволяющие моделировать с использованием меньшего количества квантовых вычислительных ресурсов, а другая разрабатывает новый способ расчета градиентов энергии. Эти градиенты используются производителями для моделирования полезных химических процессов.

Rпрямо сейчас«Существующее аппаратное обеспечение квантовых вычислений не способно выполнять некоторые крупные симуляции, в которых заинтересованы обе компании», — говорит Пэрриш. Но сотрудничество направлено на то, чтобы программное обеспечение и алгоритмы были готовы к тому моменту, когда он наступит.

«Инициатива, которую мы намереваемся сделать, заключается в следующем: через пять лет развернуть это на лучшем квантовом компьютере ближайшего будущего, который существует на данный момент», — добавляет он. «И это вещь, в которой будет много отдельных исследовательских направлений».

Хайнеманн объясняет, что в краткосрочной перспективе Covestro надеется применить эти новые методы к своим процессам химического производства, которые зависят от каталитических реакций, которые будет легче моделировать с помощью квантового оборудования, которое сейчас разрабатывается и которое, как ожидается, станет доступно через несколько дней. годы. Совершенствуя эти виды химии, Covestro надеется создать более эффективный процесс, производящий меньше отходов. «Это означает большую производительность, более высокое качество химических реакций в продуктах, которые мы производим, и меньшее потребление энергии на заводах», — добавляет он.

Второй проект, который будут рассматривать Covestro и QC Ware, — это возможность циклического производства. Компания ожидает, что во всем мире будет больше законодательства, направленного на то, чтобы полимеры и другие материалы могли быть переработаны обратно в их первоначальные компоненты, а не выбрасываться на свалки или сжигаться. «Мы также думаем, что квантовые вычисления здесь могут стать ключевым фактором», — говорит Хайнеманн.

Iв долгосрочной перспективеОбе компании полагают, что по мере развития аппаратного обеспечения квантовых вычислений оно сможет проводить более сложные симуляции, которые откроют новые возможности для производства продукции. Для Covestro одна из возможностей связана с возобновляемыми источниками энергии, где квантовые вычисления могут помочь в разработке более эффективных солнечных панелей и аккумуляторных систем. Для QC Ware это означает разработку квантового программного обеспечения и алгоритмов, которые можно будет продавать другим производителям материалов, а также обеспечить основу для других приложений, таких как открытие лекарств.

«У нас есть взаимовыгодное соглашение, согласно которому они могут освоить квантовую информацию и квантовые вычисления, а также могут использовать эту технологию внутри компании для разработки продуктов, которые они продают на рынке», — говорит соучредитель и генеральный директор QC Ware. Мэтт Джонсон.

«Я думаю, что это партнерство и сотрудничество с QC Ware демонстрирует, как работают исследования и разработки в глобальных сетях», — добавляет Хейнеман. «Это означает, что мы объединяем нужные экспертные знания и адаптируем наше сотрудничество для достижения общей цели».