Ova saradnja će koristiti kvantno računarstvo kako bi proizvodnju učinila održivijom

On ponedeljak, njemački proizvođač polimera Covestro najavio je petogodišnji ugovor o suradnji s QC Wareom, proizvođač softvera za kvantno računanje iz San Francisca. Zajedno, kompanije će raditi na razvoju algoritama kvantnog računarstva koji mogu poboljšati Covestro proizvodne procese i materijale.

„Potpuno smo uvereni da će tehnologija kvantnog računarstva dati hemičarima za računarstvo odlučujući podsticaj u budućnosti“, kaže Torsten Hajneman, šef grupe za inovacije u Covestru.

Hemijska proizvodnja i nauka o materijalima su industrije u kojima mikroskopske promjene u mikroskopskim sistemima mogu imati velike utjecaje na makrorazvojni razvoj. Računalni hemičari naporno rade na definiranju mikroskopskih struktura u, na primjer, solarnom panelu, sve do nivoa kretanja elektrona kroz njega. Suptilne promjene u toj infrastrukturi mogu značiti procentualno povećanje efikasnosti koje bi mogle proizvesti megavate više energije iz solarne elektrane svake godine. Slično, nekoliko razlika u molekulima u katalizatoru za hemijsku reakciju može značiti da se reakcija može odvijati na temperaturi nekoliko stepeni nižoj – što bi proizvođačima moglo uštedjeti hiljade ili čak milione dolara troškova.

Ali izazov ove hemije je u tome što se ona mora raditi na kvantnom nivou, gde je matematika toliko složena da čak i superkompjuteri imaju problema da izvrću brojeve. Ovo stvara kompromis gdje mogućnost pravovremenog dizajna materijala ili procesa znači pojednostavljivanje matematičkih modela i približavanje kvantnih sistema. Što je model pojednostavljen, brži računari mogu da ga sruše – ali po cenu kvaliteta proizvodnje ili efikasnosti.

Tu stupa kvantno računarstvo. Pošto ovi sistemi koriste prednosti kvantnih procesa za stvaranje računarske snage, oni imaju potencijal da simuliraju hemiju bez aproksimacije. „Kvantna hemija je izuzetno prirodna da se radi na kvantnom kompjuteru“, objašnjava Rob Parrish, šef simulacija hemije QC Warea (i bivši student 2015. Forbes Naučna lista ispod 30 godina). „A razlog je taj što pokušavate da napravite dvojnika jednog kvantnog sistema u drugom kvantnom sistemu. Tako da mapira veoma lepo.”

Covestro i QC Ware proveli su prošlu godinu u partnerstvu kako bi razvili proof-of-concept za modeliranje tipova reakcija koje proizvode molekule u industrijskim aplikacijama. Ovaj rad je rezultirao sa dva rada, jedan koji prikazuje nove tehnike koje omogućavaju simulaciju koristeći manje resursa kvantnog računarstva, a drugi razvija novi način za izračunavanje energetskih gradijenata. Ovi gradijenti se koriste za simulaciju korisnih hemijskih procesa od strane proizvođača.

Rodmah, kvantni računarski hardver koji postoji nije sposoban za pokretanje nekih od velikih simulacija za koje su dvije kompanije zainteresirane, kaže Parrish. Ali saradnja ima za cilj da softver i algoritme budu spremni za dan koji jeste.

„Inicijativa koju smo zacrtali da uradimo je: za pet godina, primeniti ovo na najboljem kratkoročnom kvantnom računaru koji postoji u ovom trenutku“, dodaje on. “I ovo je stvar koja će imati mnogo pojedinačnih istraživačkih tokova unutar sebe.”

Heinemann objašnjava da se kratkoročno, Covestro nada primijeniti ove nove tehnike na svoje hemijske proizvodne procese koji zavise od katalitičkih reakcija, koje bi trebalo biti lakše simulirati s kvantnim hardverom koji se sada razvija i može se očekivati ​​da će biti dostupan za nekoliko godine. Poboljšanjem ovih vrsta hemije, Covestro se nada da će imati efikasniji proces koji proizvodi manje otpada. „To znači više proizvodnje, veći kvalitet hemijskih reakcija u proizvodima koje proizvodimo i manju potrošnju energije u postrojenjima“, dodaje on.

Drugi projekat koji će Covestro i QC Ware razmatrati je mogućnost kružne proizvodnje. Kompanija očekuje da će postojati više zakona koji su globalno usmjereni ka omogućavanju da se polimeri i drugi materijali recikliraju natrag u njihove originalne komponente, umjesto da se odlažu na deponije ili spaljuju. „Također smatramo da kvantno računanje ovdje može biti ključni faktor,“ kaže Heinemann.

In dugoročno, obje kompanije vjeruju da će, kako hardver za kvantno računanje bude sazrijevao, moći pokretati sofisticiranije simulacije koje stvaraju nove mogućnosti za proizvodnju proizvoda. Za Covestro, jedna prilika je u području obnovljive energije, gdje kvantno računarstvo može pomoći u dizajniranju boljih solarnih panela i baterijskih sistema. Za QC Ware, to znači razvoj kvantnog softvera i algoritama koji se mogu prodati drugim proizvođačima materijala, a također pružaju osnovu za druge aplikacije kao što je otkrivanje lijekova.

„Imamo ovaj obostrano koristan aranžman u kojem za njih mogu postići brzinu u kvantnim informacijama i kvantnom računarstvu, i mogu interno koristiti tehnologiju za razvoj proizvoda koje prodaju na tržištu“, kaže suosnivač i izvršni direktor QC Warea Matt Johnson.

„Mislim da ovo partnerstvo i saradnja sa QC Wareom pokazuje kako funkcionišu istraživanje i razvoj u globalnim mrežama,“ dodaje Heineman. „To znači da okupljamo pravu ekspertizu i prilagođavamo našu saradnju za postizanje zajedničkog cilja.”