Оваа соработка ќе користи квантни компјутери за да го направи производството поодржливо

Oво понеделник, Германскиот производител на полимери Covestro објави 5-годишен договор за соработка со развивачот на софтвер за квантно компјутери QC Ware од Сан Франциско. Заедно, компаниите ќе работат на развој на алгоритми за квантно пресметување кои можат да ги подобрат производните процеси и материјалите на Covestro.

„Ние сме целосно убедени дека технологијата на квантно пресметување ќе им даде на пресметковните хемичари одлучувачки поттик во иднина“, вели Торстен Хајнеман, шеф на групната иновација на Ковестро.

Хемиското производство и науката за материјали се индустрии каде што микроскопските промени во микроскопските системи можат да имаат големо влијание врз развојот на макро обем. Пресметковните хемичари работат напорно за да дефинираат микроскопски структури во, на пример, соларни панели, до нивото на тоа како електроните се движат низ него. Суптилните промени во таа инфраструктура може да значат процентуална добивка во ефикасноста што може да дава мегавати повеќе енергија од постројката за соларна енергија секоја година. Слично на тоа, неколку молекули разлика во катализаторот за хемиска реакција може да значи дека реакцијата може да се одвива на температура за неколку степени пониска - што би можело да им заштеди на производителите илјадници или дури милиони долари во трошоци.

Но, предизвикот на оваа хемија е тоа што треба да се направи на квантно ниво, каде што математиката е толку сложена што дури и суперкомпјутерите имаат проблем со крцкање на бројките. Ова создава компромис каде што може да се дизајнираат материјали или процеси навремен начин значи поедноставување на математичките модели и приближување на квантните системи. Колку е поедноставен моделот, толку побрзите компјутери можат да го скршат – но по цена на квалитетот или ефикасноста на производството.

Тука влегува квантното пресметување. Бидејќи овие системи ги користат предностите на квантните процеси за да создадат компјутерска моќ, тие имаат потенцијал да симулираат хемија без приближување. „Квантната хемија е исклучително природно да се прави на квантен компјутер“, објаснува Роб Периш, шеф за хемиски симулации на QC Ware (и дипломиран студент на 2015 г. Форбс Научна листа под 30 години). „А причината е тоа што се обидувате да направите гаранција на еден квантен систем во друг квантен систем. Така, се мапира многу убаво“.

Covestro и QC Ware ја поминаа изминатата година во партнерство за да развијат доказ за концепт за моделирање на видовите реакции кои произведуваат молекули во индустриски апликации. Оваа работа резултираше со два труда, едниот што прикажува нови техники кои овозможуваат симулација со користење на помалку ресурси за квантно пресметување, а другиот развива нов начин за пресметување на енергетските градиенти. Овие градиенти се користат за симулирање на корисни хемиски процеси од страна на производителите.

Rтокму сега, квантниот компјутерски хардвер што постои не е способен да изврши некои од големите симулации за кои се заинтересирани двете компании, вели Париш. Но, соработката има за цел софтверот и алгоритмите да бидат подготвени за тој ден.

„Иницијативата што ја поставивме да го направиме ова е: за пет години, распоредете го ова на најдобриот краткорочен квантен компјутер што е таму во моментот“, додава тој. „И ова е нешто што ќе има многу индивидуални истражувачки текови во него“.

Хајнеман објаснува дека на краток рок, Covestro се надева дека ќе ги примени овие нови техники во неговите хемиски производствени процеси кои зависат од каталитичките реакции, кои би требало полесно да се симулираат со квантен хардвер што се развива сега и може да се очекува да биде достапен во рок од неколку години. Со подобрување на овие типови на хемија, Covestro се надева дека ќе има поефикасен процес кој произведува помалку отпад. „Тоа значи повеќе излез, повисок квалитет на хемиските реакции во производите што ги генерираме и помала потрошувачка на енергија во погоните“, додава тој.

Вториот проект што ќе го разгледуваат Covestro и QC Ware е можноста за кружност на производството. Компанијата очекува да има повеќе законодавство на глобално ниво насочено кон тоа да овозможи полимерите и другите материјали да се рециклираат назад во нивните оригинални компоненти, наместо да се фрлаат на депонии или согоруваат. „Ние исто така мислиме дека квантното пресметување овде може да биде клучен овозможувач“, вели Хајнеман.

Iна подолг рок, и двете компании веруваат дека како што созрева квантниот компјутерски хардвер, ќе може да вози пософистицирани симулации кои создаваат нови можности за производство на производи. За Covestro, една можност е во областа на обновливите извори на енергија, каде што квантното пресметување може да помогне во дизајнирање подобри соларни панели и батериски системи. За QC Ware, тоа значи развој на квантен софтвер и алгоритми кои можат да се продаваат на други производители на материјали, а исто така обезбедуваат основа за други апликации како што е откривањето лекови.

„Го имаме овој взаемно корисен аранжман каде што за нив, тие можат да се забрзаат во квантните информации и квантното пресметување, и можат внатрешно да ја користат технологијата за да развијат производи што ги продаваат на пазарот“, вели коосновачот и извршен директор на QC Ware. Мет Џонсон.

„Мислам дека ова партнерство и соработка со QC Ware покажува како функционира истражувањето и развојот во глобалните мрежи“, додава Хајнман. „Тоа значи дека ја обединуваме вистинската експертиза и ги приспособуваме нашите соработки за да ја поттикнеме заедничката цел“.