Šiam bendradarbiavimui bus naudojama kvantinė kompiuterija, kad gamyba taptų tvaresnė

On pirmadienis, Vokietijoje įsikūręs polimerų gamintojas Covestro paskelbė apie 5 metų bendradarbiavimo sutartį su San Franciske įsikūrusiu kvantinės skaičiavimo programinės įrangos kūrėju QC Ware. Kartu įmonės sieks sukurti kvantinio skaičiavimo algoritmus, kurie gali pagerinti Covestro gamybos procesus ir medžiagas.

„Esame visiškai įsitikinę, kad kvantinio skaičiavimo technologija ateityje suteiks lemiamą postūmį skaičiavimo chemikams“, – sako Torstenas Heinemannas, Covestro grupės inovacijų vadovas.

Chemijos gamyba ir medžiagų mokslas yra pramonės šakos, kuriose mikroskopiniai mikroskopinių sistemų pokyčiai gali turėti didelį poveikį makromastas plėtrai. Skaičiavimo chemikai sunkiai dirba, kad apibrėžtų mikroskopines struktūras, pavyzdžiui, saulės kolektorių, iki elektronų judėjimo per jį lygio. Subtilūs šios infrastruktūros pokyčiai gali reikšti procentinį efektyvumo padidėjimą, kuris kasmet galėtų duoti megavatų daugiau energijos iš saulės energijos jėgainės. Panašiai, kelių molekulių skirtumas cheminės reakcijos katalizatoriuje gali reikšti, kad reakcija gali vykti keliais laipsniais žemesnėje temperatūroje, o tai gali sutaupyti gamintojams tūkstančius ar net milijonus dolerių.

Tačiau šios chemijos iššūkis yra tas, kad ją reikia atlikti kvantiniu lygmeniu, kur matematika tokia sudėtinga, kad net superkompiuteriams sunku sutraiškyti skaičius. Tai sukuria kompromisą, kai gebėjimas laiku kurti medžiagas ar procesus reiškia supaprastinti matematinius modelius ir suderinti kvantines sistemas. Kuo labiau supaprastintas modelis, tuo greičiau kompiuteriai gali jį sugadinti, tačiau tai kainuoja gamybos kokybę arba efektyvumą.

Štai čia ir įžengia kvantinis skaičiavimas. Kadangi šios sistemos naudojasi kvantiniais procesais, kad sukurtų skaičiavimo galią, jos turi potencialą imituoti chemiją be apytikslės. „Kvantinė chemija yra nepaprastai natūralu atlikti kvantiniame kompiuteryje“, – aiškina Robas Parrishas, ​​„QC Ware“ chemijos modeliavimo vadovas (ir 2015 m. alumnas). "Forbes" Iki 30 metų Mokslo sąrašas). „Ir priežastis yra ta, kad jūs bandote sudaryti vienos kvantinės sistemos dubliavimą kitoje kvantinėje sistemoje. Taigi žemėlapis yra labai gražus.

Covestro ir QC Ware praleido pastaruosius metus bendradarbiaudami, kad sukurtų koncepcijos įrodymą, skirtą modeliuoti reakcijų tipus, kurie gamina molekules pramonėje. Šio darbo rezultatas – du straipsniai, kurių vienas parodo naujus metodus, leidžiančius modeliuoti naudojant mažiau kvantinio skaičiavimo išteklių, o kitame – naujas energijos gradientų skaičiavimo būdas. Šiuos gradientus gamintojai naudoja naudingiems cheminiams procesams imituoti.

Rgerai dabar, esama kvantinio skaičiavimo aparatinė įranga nepajėgi vykdyti kai kurių didelių modeliavimų, kuriais domisi abi bendrovės, sako Parrishas. Tačiau bendradarbiaujant siekiama, kad programinė įranga ir algoritmai būtų paruošti tai dienai.

„Iniciatyva, kurią mes užsibrėžėme tai padaryti, yra tokia: per penkerius metus įdiegti tai geriausiame trumpalaikiame kvantiniame kompiuteryje, kuris šiuo metu yra“, – priduria jis. "Ir tai yra dalykas, kuriame bus daug atskirų tyrimų srautų."

Heinemannas paaiškina, kad artimiausiu metu Covestro tikisi pritaikyti šiuos naujus metodus savo cheminiuose gamybos procesuose, kurie priklauso nuo katalizinių reakcijų, kuriuos turėtų būti lengviau imituoti naudojant kvantinę aparatinę įrangą, kuri dabar kuriama ir, tikimasi, bus prieinama po kelių metų. Tobulindama šias chemijos rūšis, Covestro tikisi turėti efektyvesnį procesą, kuris gamina mažiau atliekų. „Tai reiškia didesnę produkciją, aukštesnę cheminių reakcijų kokybę mūsų gaminamuose produktuose ir mažiau energijos suvartojimo augaluose“, – priduria jis.

Antrasis Covestro ir QC Ware projektas yra cirkuliarinės gamybos galimybė. Bendrovė tikisi, kad visame pasaulyje bus daugiau teisės aktų, skirtų sudaryti galimybę polimerus ir kitas medžiagas perdirbti atgal į jų pradines sudedamąsias dalis, o ne išmesti į sąvartynus ar sudeginti. "Mes taip pat manome, kad kvantinis kompiuteris čia gali būti pagrindinis veiksnys", - sako Heinemannas.

In ilgesniu laikotarpiu, abi bendrovės mano, kad tobulėjant kvantinės kompiuterijos aparatinei įrangai, ji galės atlikti sudėtingesnius modeliavimus, kurie sukurs naujas produktų gamybos galimybes. „Covestro“ viena galimybė yra atsinaujinančios energijos srityje, kur kvantinė kompiuterija gali padėti sukurti geresnes saulės baterijas ir baterijų sistemas. „QC Ware“ tai reiškia kvantinės programinės įrangos ir algoritmų kūrimą, kurie gali būti parduodami kitiems medžiagų gamintojams, taip pat yra pagrindas kitoms programoms, pvz., vaistų atradimui.

„Mes turime šį abipusiai naudingą susitarimą, pagal kurį jie gali įsibėgėti kvantinės informacijos ir kvantinių skaičiavimų srityse, ir jie gali viduje naudoti technologiją kurdami produktus, kuriuos parduoda rinkai“, – sako „QC Ware“ įkūrėjas ir generalinis direktorius. Mattas Johnsonas.

„Manau, kad ši partnerystė ir bendradarbiavimas su QC Ware parodo, kaip veikia pasaulinių tinklų tyrimai ir plėtra“, – priduria Heineman. „Tai reiškia, kad mes sutelkiame reikiamas žinias ir pritaikome savo bendradarbiavimą, siekdami bendro tikslo.