Kerjasama Ini Akan Menggunakan Pengkomputeran Kuantum Untuk Menjadikan Pembuatan Lebih Mampan

On Isnin, pengeluar polimer yang berpangkalan di Jerman Covestro mengumumkan perjanjian kerjasama 5 tahun dengan pembangun perisian pengkomputeran kuantum yang berpangkalan di San Francisco, QC Ware. Bersama-sama, syarikat-syarikat akan berusaha untuk membangunkan algoritma pengkomputeran kuantum yang boleh meningkatkan proses pembuatan dan bahan Covestro.

"Kami yakin sepenuhnya bahawa teknologi pengkomputeran kuantum akan memberikan ahli kimia pengiraan rangsangan yang menentukan pada masa hadapan," kata Torsten Heinemann, ketua inovasi kumpulan Covestro.

Pembuatan kimia dan sains bahan ialah industri di mana perubahan mikroskopik dalam sistem mikroskopik boleh memberi kesan besar kepada pembangunan skala makro. Ahli kimia pengiraan bekerja keras untuk mentakrifkan struktur mikroskopik dalam, sebagai contoh, panel solar, sehingga ke tahap bagaimana elektron bergerak melaluinya. Perubahan halus dalam infrastruktur itu boleh bermakna peratusan keuntungan dalam kecekapan yang boleh menghasilkan lebih banyak kuasa megawatt daripada loji tenaga suria setiap tahun. Begitu juga, beberapa perbezaan molekul dalam pemangkin untuk tindak balas kimia boleh bermakna tindak balas boleh berlaku pada suhu beberapa darjah lebih rendah–yang boleh menjimatkan kos pengilang beribu-ribu atau berjuta-juta dolar.

Tetapi cabaran kimia ini ialah ia perlu dilakukan pada tahap kuantum, di mana matematiknya sangat kompleks sehinggakan superkomputer pun menghadapi masalah untuk memecahkan nombor. Ini mewujudkan pertukaran di mana dapat mereka bentuk bahan atau proses dengan cara yang tepat pada masanya bermakna memudahkan model matematik dan menghampiri sistem kuantum. Lebih mudah model itu, lebih pantas komputer boleh menyelesaikannya–tetapi pada kos kualiti atau kecekapan pembuatan.

Di situlah langkah pengkomputeran kuantum. Oleh kerana sistem ini mengambil kesempatan daripada proses kuantum untuk mencipta kuasa pengkomputeran, mereka mempunyai potensi untuk mensimulasikan kimia tanpa anggaran. "Kimia kuantum adalah sangat semula jadi untuk dilakukan pada komputer kuantum," jelas Rob Parrish, ketua simulasi kimia QC Ware (dan alumni 2015 Forbes Senarai Sains Bawah 30 tahun). “Dan sebabnya ialah anda cuba membuat doppelganger satu sistem kuantum dalam sistem kuantum yang lain. Jadi ia memetakan dengan sangat baik.”

Covestro dan QC Ware telah menghabiskan tahun lalu dalam perkongsian untuk membangunkan konsep pembuktian untuk memodelkan jenis tindak balas yang menghasilkan molekul dalam aplikasi industri. Kerja ini telah menghasilkan dua kertas kerja, satu yang menunjukkan teknik baharu yang membolehkan simulasi menggunakan lebih sedikit sumber pengkomputeran kuantum, dan satu lagi membangunkan cara baharu untuk mengira kecerunan tenaga. Kecerunan ini digunakan untuk mensimulasikan proses kimia yang berguna oleh pengeluar.

Rsekarang, perkakasan pengkomputeran kuantum yang wujud tidak mampu menjalankan beberapa simulasi besar yang kedua-dua syarikat berminat, kata Parrish. Tetapi kerjasama itu bertujuan untuk menyediakan perisian dan algoritma untuk hari itu.

"Inisiatif yang kami telah sediakan untuk melakukan ini ialah: dalam tempoh lima tahun, gunakan ini pada komputer kuantum jangka terdekat terbaik yang ada pada masa ini," tambahnya. "Dan ini adalah perkara yang akan mempunyai banyak aliran penyelidikan individu di dalamnya."

Heinemann menerangkan bahawa dalam jangka pendek, Covestro berharap untuk menggunakan teknik baharu ini pada proses pembuatan kimianya yang bergantung pada tindak balas pemangkin, yang sepatutnya lebih mudah untuk disimulasikan dengan perkakasan kuantum yang sedang dibangunkan sekarang dan boleh dijangka tersedia dalam beberapa masa. tahun. Dengan menambah baik jenis kimia ini, Covestro berharap untuk mempunyai proses yang lebih cekap yang menghasilkan kurang sisa. "Ini bermakna lebih banyak keluaran, kualiti tindak balas kimia yang lebih tinggi dalam produk yang kami hasilkan, dan kurang penggunaan tenaga dalam loji," tambahnya.

Projek kedua yang akan dilihat oleh Covestro dan QC Ware ialah kemungkinan pekeliling pembuatan. Syarikat itu menjangkakan terdapat lebih banyak undang-undang di seluruh dunia yang menjurus ke arah membolehkan polimer dan bahan lain dikitar semula ke dalam komponen asalnya, dan bukannya dibuang di tapak pelupusan sampah atau dibakar. "Kami juga berpendapat bahawa pengkomputeran kuantum di sini boleh menjadi pemboleh utama," kata Heinemann.

In jangka panjang, kedua-dua syarikat percaya bahawa apabila perkakasan pengkomputeran kuantum matang, ia akan dapat memacu simulasi yang lebih canggih yang mewujudkan kemungkinan baharu untuk pembuatan produk. Bagi Covestro, satu peluang adalah dalam bidang tenaga boleh diperbaharui, di mana pengkomputeran kuantum boleh membantu mereka bentuk panel solar dan sistem bateri yang lebih baik. Untuk QC Ware, ini bermakna membangunkan perisian dan algoritma kuantum yang boleh dijual kepada pengeluar bahan lain, dan juga menyediakan asas untuk aplikasi lain seperti penemuan dadah.

"Kami mempunyai pengaturan yang saling menguntungkan ini di mana bagi mereka, mereka boleh mendapatkan maklumat kuantum dan pengkomputeran kuantum dengan pantas, dan mereka boleh menggunakan teknologi secara dalaman untuk membangunkan produk yang mereka jual ke pasaran," kata pengasas bersama dan Ketua Pegawai Eksekutif QC Ware Matt Johnson.

"Saya rasa perkongsian dan kerjasama dengan QC Ware ini mempamerkan cara penyelidikan dan pembangunan dalam rangkaian global berfungsi," tambah Heineman. "Ini bermakna kami mengumpulkan kepakaran yang betul dan menyesuaikan kerjasama kami untuk memacu tujuan bersama."