Ова сарадња ће користити квантно рачунарство како би производњу учинила одрживијом

Oн понедељак, немачки произвођач полимера Цовестро најавио је петогодишњи уговор о сарадњи са КЦ Варе-ом, програмером софтвера за квантно рачунарство из Сан Франциска. Заједно, компаније ће радити на развоју алгоритама квантног рачунарства који могу побољшати Цовестро производне процесе и материјале.

„Потпуно смо уверени да ће технологија квантног рачунарства дати хемичарима за рачунарство одлучујући подстицај у будућности“, каже Торстен Хајнеман, шеф групе за иновације у Цовестру.

Хемијска производња и наука о материјалима су индустрије у којима микроскопске промене у микроскопским системима могу имати велики утицај на развој на макро нивоу. Хемичари рачунарства напорно раде да дефинишу микроскопске структуре у, на пример, соларном панелу, све до нивоа како се електрони крећу кроз њега. Суптилне промене у тој инфраструктури могу значити процентуално повећање ефикасности које би могле да произведу мегавате више енергије из соларне електране сваке године. Слично, неколико разлика у молекулима у катализатору за хемијску реакцију може значити да се реакција може одвијати на температури неколико степени нижој – што би произвођачима могло уштедети хиљаде или чак милионе долара трошкова.

Али изазов ове хемије је у томе што она мора да се ради на квантном нивоу, где је математика толико сложена да чак и суперкомпјутери имају проблема да разбију бројеве. Ово ствара компромис где могућност правовременог пројектовања материјала или процеса значи поједностављивање математичких модела и апроксимацију квантних система. Што је модел поједностављен, бржи рачунари могу да га сломе – али по цену квалитета производње или ефикасности.

Ту ступа квантно рачунарство. Пошто ови системи користе предности квантних процеса за стварање рачунарске снаге, они имају потенцијал да симулирају хемију без апроксимације. „Квантна хемија је изузетно природна за рад на квантном рачунару“, објашњава Роб Париш, шеф хемијских симулација КЦ Варе-а (и алумнус 2015. Форбс Научна листа испод 30 година). „А разлог је тај што покушавате да направите двојника од једног квантног система у другом квантном систему. Тако да је мапа веома лепо."

Цовестро и КЦ Варе провели су прошлу годину у партнерству како би развили доказни концепт за моделирање типова реакција које производе молекуле у индустријским апликацијама. Овај рад је резултирао са два рада, један који приказује нове технике које омогућавају симулацију користећи мање ресурса квантног рачунарства, а други развија нови начин за израчунавање енергетских градијената. Ови градијенти се користе за симулацију корисних хемијских процеса од стране произвођача.

Rодмах, квантни рачунарски хардвер који постоји није у стању да покрене неке од великих симулација за које су две компаније заинтересоване, каже Периш. Али сарадња има за циљ да софтвер и алгоритме буду спремни за дан који јесте.

„Иницијатива коју смо поставили да урадимо је: за пет година, применити ово на најбољем краткорочном квантном рачунару који постоји у овом тренутку“, додаје он. "И ово је ствар која ће имати много појединачних истраживачких токова у себи."

Хеинеманн објашњава да се краткорочно, Цовестро нада да ће ове нове технике применити на своје хемијске производне процесе који зависе од каталитичких реакција, које би требало да буде лакше симулирати са квантним хардвером који се сада развија и може се очекивати да ће бити доступан за неколико године. Побољшањем ових врста хемије, Цовестро се нада да ће имати ефикаснији процес који производи мање отпада. „То значи више производње, већи квалитет хемијских реакција у производима које производимо и мању потрошњу енергије у постројењима“, додаје он.

Други пројекат који ће Цовестро и КЦ Варе разматрати је могућност кружне производње. Компанија очекује да ће постојати више закона који су глобално усмерени ка омогућавању да се полимери и други материјали рециклирају назад у њихове оригиналне компоненте, уместо да се одлажу на депоније или спаљују. „Такође мислимо да квантно рачунарство овде може бити кључни фактор“, каже Хајнеман.

Iн дугорочно, обе компаније верују да ће, како хардвер за квантно рачунарство буде сазревао, моћи да покреће софистицираније симулације које стварају нове могућности за производњу производа. За Цовестро, једна прилика је у области обновљиве енергије, где квантно рачунарство може помоћи у дизајнирању бољих соларних панела и батеријских система. За КЦ Варе, то значи развој квантног софтвера и алгоритама који се могу продати другим произвођачима материјала, а такође пружају основу за друге апликације као што је откривање лекова.

„Имамо овај обострано користан аранжман где за њих могу да достигну брзину у квантним информацијама и квантном рачунарству, и могу интерно да користе технологију за развој производа које продају на тржишту“, каже суоснивач и извршни директор КЦ Варе Матт Јохнсон.

„Мислим да ово партнерство и сарадња са КЦ Варе-ом показује како функционишу истраживање и развој у глобалним мрежама“, додаје Хеинеман. „То значи да окупљамо праву експертизу и прилагођавамо нашу сарадњу да водимо заједничку сврху.”