Ez az együttműködés a kvantumszámítástechnikát fogja használni a gyártás fenntarthatóbbá tétele érdekében

On hétfőn, A németországi polimergyártó, a Covestro bejelentette, hogy 5 éves együttműködési megállapodást köt a San Francisco-i székhelyű kvantumszámítási szoftvert fejlesztő QC Ware vállalattal. A vállalatok együtt dolgoznak olyan kvantumszámítási algoritmusok kifejlesztésén, amelyek javíthatják a Covestro gyártási folyamatait és anyagait.

„Teljesen meg vagyunk győződve arról, hogy a kvantumszámítástechnika döntő lökést ad a számítástechnikai vegyészeknek a jövőben” – mondja Torsten Heinemann, a Covestro innovációs csoportjának vezetője.

A vegyipari gyártás és az anyagtudomány olyan iparágak, ahol a mikroszkopikus rendszerek mikroszkopikus változásai jelentős hatással lehetnek a makroléptékű fejlődésre. A számítástechnikai vegyészek keményen dolgoznak, hogy meghatározzák a mikroszkopikus struktúrákat, például egy napelemben, egészen addig a szintig, amíg az elektronok áthaladnak rajta. Az infrastruktúra finom változtatásai százalékos hatékonyságnövekedést jelenthetnek, ami évente megawatttal több energiát termelhet egy napenergia-erőműből. Hasonlóképpen, egy kémiai reakció katalizátorában néhány molekula különbség azt jelentheti, hogy a reakció néhány fokkal alacsonyabb hőmérsékleten is végbemehet – ami több ezer vagy akár több millió dolláros költséget takaríthat meg a gyártóknak.

De ennek a kémiának az a kihívása, hogy ezt kvantum szinten kell elvégezni, ahol a matematika olyan bonyolult, hogy még a szuperszámítógépeknek is gondot okoz a számok összeírása. Ez kompromisszumot teremt, ahol az anyagok vagy folyamatok időben történő tervezése a matematikai modellek egyszerűsítését és a kvantumrendszerek közelítését jelenti. Minél egyszerűbb a modell, a számítógépek annál gyorsabban tudják letörni – de a gyártási minőség vagy a hatékonyság ára.

Itt lép be a kvantumszámítás. Mivel ezek a rendszerek kihasználják a kvantumfolyamatokat a számítási teljesítmény létrehozására, így lehetőségük van közelítés nélkül szimulálni a kémiát. „A kvantumkémia rendkívül természetes dolog kvantumszámítógépen” – magyarázza Rob Parrish, a QC Ware kémiai szimulációkért felelős vezetője (és a 2015 öregdiákja Forbes 30 év alatti Tudományos lista). – És ennek az az oka, hogy egy kvantumrendszer egy másik kvantumrendszerének kettős elemét próbálja létrehozni. Szóval nagyon szépen térképezi fel.”

A Covestro és a QC Ware az elmúlt évet együttműködésben töltötte azzal a céllal, hogy egy bizonyítási koncepciót dolgozzanak ki az ipari alkalmazásokban molekulákat előállító reakciótípusok modellezésére. Ennek a munkának két tanulmánya született, az egyik olyan új technikákat mutat be, amelyek kevesebb kvantumszámítási erőforrás felhasználásával lehetővé teszik a szimulációt, a másik pedig az energiagradiensek kiszámításának új módszerét fejleszti ki. Ezeket a gradienseket hasznos kémiai folyamatok szimulálására használják a gyártók.

Rmost jó, a létező kvantumszámítási hardver nem képes futtatni néhány olyan nagy szimulációt, amely a két céget érdekli, mondja Parrish. De az együttműködés célja, hogy a szoftver és az algoritmusok készen álljanak a napra.

„Az a kezdeményezés, amit erre szántunk, a következő: öt éven belül telepítsük ezt a jelenleg elérhető legjobb rövid távú kvantumszámítógépre” – teszi hozzá. "És ez egy olyan dolog, amelyen belül sok egyéni kutatási folyam lesz."

Heinemann kifejti, hogy a Covestro azt reméli, hogy rövid távon alkalmazni tudja ezeket az új technikákat a katalitikus reakcióktól függő kémiai gyártási folyamataiban, amelyeket könnyebben lehet szimulálni a jelenleg fejlesztés alatt álló kvantumhardverrel, és várhatóan néhány percen belül elérhető lesz. évek. Az ilyen típusú kémia fejlesztésével a Covestro azt reméli, hogy hatékonyabb eljárást állít elő, amely kevesebb hulladékot termel. „Ez nagyobb teljesítményt, magasabb minőségi kémiai reakciókat jelent az általunk előállított termékekben, és kevesebb energiafogyasztást az üzemekben” – teszi hozzá.

A Covestro és a QC Ware második projektje a gyártás körkörösségének lehetősége. A vállalat arra számít, hogy több olyan jogszabály születik világszerte, amely lehetővé teszi a polimerek és más anyagok visszaforgatását eredeti komponenseikbe, ahelyett, hogy szemétlerakókba dobnák vagy elégetnék őket. „Azt is gondoljuk, hogy a kvantumszámítás itt kulcsfontosságú lehet” – mondja Heinemann.

In hosszabb távon, mindkét vállalat úgy gondolja, hogy a kvantumszámítási hardver kifejlődésével kifinomultabb szimulációkat tud majd vezetni, amelyek új lehetőségeket teremtenek a termékgyártásban. A Covestro számára az egyik lehetőség a megújuló energia területén rejlik, ahol a kvantumszámítás segíthet jobb napelem- és akkumulátorrendszerek tervezésében. A QC Ware esetében ez azt jelenti, hogy olyan kvantumszoftvereket és algoritmusokat kell kifejleszteni, amelyeket el lehet adni más anyaggyártóknak, és alapot biztosítanak más alkalmazásokhoz, például a gyógyszerkutatáshoz.

„Van egy kölcsönösen előnyös megállapodás, ahol a számukra felgyorsulhatnak a kvantuminformációk és a kvantumszámítástechnika terén, és belsőleg használhatják a technológiát olyan termékek fejlesztésére, amelyeket eladnak a piacon” – mondja a QC Ware társalapítója és vezérigazgatója. Matt Johnson.

„Úgy gondolom, hogy ez a partnerség és együttműködés a QC Ware-rel megmutatja, hogyan működik a kutatás és fejlesztés a globális hálózatokban” – teszi hozzá Heineman. „Ez azt jelenti, hogy összegyűjtjük a megfelelő szakértelmet, és a közös cél érdekében alakítjuk ki együttműködésünket.”