Това сътрудничество ще използва квантови изчисления, за да направи производството по-устойчиво

On понеделник, Базираният в Германия производител на полимери Covestro обяви 5-годишно споразумение за сътрудничество с базирания в Сан Франциско разработчик на софтуер за квантови изчисления QC Ware. Заедно компаниите ще работят за разработването на квантови изчислителни алгоритми, които могат да подобрят производствените процеси и материали на Covestro.

„Напълно сме убедени, че технологията на квантовите изчисления ще даде на изчислителните химици решителен тласък в бъдеще“, казва Торстен Хайнеман, ръководител на груповите иновации в Covestro.

Химическото производство и науката за материалите са индустрии, в които микроскопичните промени в микроскопичните системи могат да окажат голямо въздействие върху макромащабното развитие. Изчислителните химици работят усилено, за да дефинират микроскопични структури в, например, слънчев панел, до нивото на това как електроните се движат през него. Леките промени в тази инфраструктура могат да означават процентно увеличение на ефективността, което може да доведе до мегавата повече мощност от слънчева енергийна централа всяка година. По същия начин, разлика от няколко молекули в катализатора за химическа реакция може да означава, че реакцията може да се осъществи при температура с няколко градуса по-ниска – което може да спести на производителите хиляди или дори милиони долари разходи.

Но предизвикателството на тази химия е, че тя трябва да се направи на квантово ниво, където математиката е толкова сложна, че дори суперкомпютрите имат проблеми с пресичането на числата. Това създава компромис, при който възможността да се проектират материали или процеси по навременен начин означава опростяване на математическите модели и приближаване на квантовите системи. Колкото по-опростен е моделът, толкова по-бързите компютри могат да го прекъснат – но с цената на качеството на производството или ефективността.

Именно там се намесват квантовите изчисления. Тъй като тези системи се възползват от квантовите процеси за създаване на изчислителна мощност, те притежават потенциала да симулират химия без приближение. „Квантовата химия е изключително естествена за извършване на квантов компютър“, обяснява Роб Париш, ръководител на симулациите по химия на QC Ware (и възпитаник на 2015 г. Forbes Научен списък под 30 години). „И причината е, че се опитвате да направите двойник на една квантова система в друга квантова система. Така че картографира много добре.”

Covestro и QC Ware прекараха изминалата година в партньорство, за да разработят доказателство за концепция за моделиране на видовете реакции, които произвеждат молекули в промишлени приложения. Тази работа доведе до две статии, едната, която показва нови техники, които позволяват симулация с използване на по-малко квантови изчислителни ресурси, а другата разработва нов начин за изчисляване на енергийните градиенти. Тези градиенти се използват за симулиране на полезни химически процеси от производителите.

Rточно сега, съществуващият хардуер за квантови изчисления не е в състояние да изпълнява някои от големите симулации, от които двете компании се интересуват, казва Париш. Но сътрудничеството е насочено към това софтуерът и алгоритмите да са готови за деня, който е.

„Инициативата, която сме си поставили за цел да направим това, е: след пет години да разгърнем това на най-добрия краткосрочен квантов компютър, който съществува в момента“, добавя той. "И това е нещо, което ще има много индивидуални изследователски потоци в него."

Хайнеман обяснява, че в краткосрочен план Covestro се надява да приложи тези нови техники към своите химически производствени процеси, които зависят от каталитични реакции, които би трябвало да бъдат по-лесни за симулиране с квантов хардуер, който се разработва сега и може да се очаква да бъде наличен в рамките на няколко години. Чрез подобряването на тези видове химия, Covestro се надява да има по-ефективен процес, който произвежда по-малко отпадъци. „Това означава повече продукция, по-високо качество на химичните реакции в продуктите, които генерираме, и по-малко потребление на енергия в заводите“, добавя той.

Втори проект, който Covestro и QC Ware ще разгледат, е възможността за кръговост на производството. Компанията очаква да има повече законодателство в световен мащаб, насочено към предоставяне на възможност за рециклиране на полимери и други материали обратно в оригиналните им компоненти, вместо да бъдат изхвърляни на сметища или изгаряни. „Също така смятаме, че квантовите изчисления тук могат да бъдат ключов фактор“, казва Хайнеман.

In в дългосрочен план, и двете компании вярват, че когато хардуерът на квантовите изчисления узрее, той ще може да управлява по-сложни симулации, които създават нови възможности за производство на продукти. За Covestro една възможност е в сферата на възобновяемата енергия, където квантовите изчисления могат да помогнат за проектиране на по-добри слънчеви панели и батерии. За QC Ware това означава разработване на квантов софтуер и алгоритми, които могат да се продават на други производители на материали, а също така осигуряват основа за други приложения, като например откриване на лекарства.

„Имаме това взаимно изгодно споразумение, при което те могат да се справят с квантовата информация и квантовите изчисления и могат вътрешно да използват технологията за разработване на продукти, които продават на пазара“, казва съосновател и главен изпълнителен директор на QC Ware Мат Джонсън.

„Мисля, че това партньорство и сътрудничество с QC Ware показва как работят изследванията и развитието в глобалните мрежи“, добавя Хайнеман. „Това означава, че събираме правилния опит и приспособяваме сътрудничеството си, за да управляваме общата цел.”