Ця співпраця використовуватиме квантові обчислення, щоб зробити виробництво більш стійким

On понеділок, Німецький виробник полімерів Covestro оголосив про 5-річну угоду про співпрацю з розробником програмного забезпечення для квантових обчислень QC Ware із Сан-Франциско. Разом компанії працюватимуть над розробкою алгоритмів квантових обчислень, які можуть покращити виробничі процеси та матеріали Covestro.

«Ми повністю впевнені, що технологія квантових обчислень дасть хімікам-хімікам вирішальний поштовх у майбутньому», — говорить Торстен Хайнеманн, керівник відділу інновацій Covestro.

Хімічне виробництво та матеріалознавство — це галузі, де мікроскопічні зміни в мікроскопічних системах можуть мати великий вплив на макромасштабний розвиток. Хіміки-обчисники наполегливо працюють, щоб визначити мікроскопічні структури, наприклад, у сонячній панелі, аж до рівня того, як електрони рухаються через неї. Незначні зміни в цій інфраструктурі можуть означати відсоткове підвищення ефективності, що може виробляти мегават більше енергії від сонячної електростанції щороку. Аналогічно, різниця в декілька молекул каталізатора хімічної реакції може означати, що реакція може відбуватися при температурі на кілька градусів нижче, що може заощадити виробникам тисячі або навіть мільйони доларів на витратах.

Але проблема цієї хімії полягає в тому, що це потрібно робити на квантовому рівні, де математика настільки складна, що навіть суперкомп’ютери мають проблеми з визначенням чисел. Це створює компроміс, коли можливість своєчасного проектування матеріалів або процесів означає спрощення математичних моделей та апроксимацію квантових систем. Чим спрощеніша модель, тим швидше комп’ютери можуть її обробити, але за рахунок якості виробництва або ефективності.

Саме тут входять квантові обчислення. Оскільки ці системи використовують переваги квантових процесів для створення обчислювальної потужності, вони мають потенціал для моделювання хімії без апроксимації. «Квантову хімію надзвичайно природно проводити на квантовому комп’ютері», — пояснює Роб Перріш, керівник відділу хімічного моделювання QC Ware (і випускник 2015 р. Forbes Список наук до 30 років). «А причина в тому, що ви намагаєтеся зробити двійника однієї квантової системи в іншій квантовій системі. Так що карта дуже гарна».

Covestro і QC Ware провели останній рік у партнерстві, щоб розробити доказову концепцію моделювання типів реакцій, які утворюють молекули в промислових застосуванні. Результатом цієї роботи стало дві роботи, одна з яких показує нові методики, що дозволяють моделювати з використанням меншої кількості квантових обчислювальних ресурсів, а інша розробляє новий спосіб обчислення енергетичних градієнтів. Ці градієнти використовуються виробниками для імітації корисних хімічних процесів.

Rпрямо зараз, обладнання квантових обчислень, яке існує, не здатне виконувати деякі великі симуляції, які цікавлять дві компанії, каже Перріш. Але співпраця спрямована на те, щоб програмне забезпечення та алгоритми були готові до цього дня.

«Ініціатива, яку ми вирішили зробити, полягає в тому, щоб за п’ять років розгорнути це на найкращому ближньому квантовому комп’ютері, який існує на даний момент», – додає він. «І це річ, яка матиме багато окремих дослідницьких потоків».

Хайнеманн пояснює, що в короткостроковій перспективі Covestro сподівається застосувати ці нові технології до своїх хімічних виробничих процесів, які залежать від каталітичних реакцій, які було б легше моделювати за допомогою квантового обладнання, яке зараз розробляється і, як очікується, буде доступне протягом кількох років. Покращуючи ці типи хімії, Covestro сподівається мати більш ефективний процес, який виробляє менше відходів. «Це означає більше виробництва, вищу якість хімічних реакцій у продуктах, які ми виробляємо, і менше споживання енергії на заводах», — додає він.

Другий проект, який розглядатимуть Covestro та QC Ware, — це можливість циклічного виробництва. Компанія очікує, що в усьому світі буде більше законодавчих актів, спрямованих на те, щоб зробити можливим переробку полімерів та інших матеріалів у вихідні компоненти, а не викидати на звалища або спалювати. «Ми також вважаємо, що квантові обчислення тут можуть стати ключовим фактором», — говорить Хайнеманн.

In у довгостроковій перспективі, обидві компанії вважають, що в міру дозрівання апаратного забезпечення квантових обчислень воно зможе запускати більш складні симуляції, які створять нові можливості для виробництва продукції. Для Covestro одна з можливостей — у сфері відновлюваної енергії, де квантові обчислення можуть допомогти розробити кращі сонячні панелі та акумуляторні системи. Для QC Ware це означає розробку квантового програмного забезпечення та алгоритмів, які можна продати іншим виробникам матеріалів, а також створити основу для інших додатків, таких як відкриття ліків.

«У нас є така взаємовигідна домовленість, за якою вони можуть вдосконалити квантову інформацію та квантові обчислення, і вони можуть внутрішньо використовувати технологію для розробки продуктів, які вони продають на ринку», — каже співзасновник і генеральний директор QC Ware. Метт Джонсон.

«Я думаю, що це партнерство та співпраця з QC Ware демонструє, як працюють дослідження та розробки в глобальних мережах», – додає Хайнеман. «Це означає, що ми об’єднуємо потрібний досвід і адаптуємо нашу співпрацю для досягнення спільної мети».