Deze samenwerking zal Quantum Computing gebruiken om de productie duurzamer te maken

On maandagDe in Duitsland gevestigde polymeerfabrikant Covestro heeft een vijfjarige samenwerkingsovereenkomst aangekondigd met de in San Francisco gevestigde quantum computing-softwareontwikkelaar QC Ware. Samen zullen de bedrijven werken aan de ontwikkeling van quantum computing-algoritmen die de productieprocessen en materialen van Covestro kunnen verbeteren.

“We zijn er volledig van overtuigd dat de technologie van quantum computing computationele chemici in de toekomst een beslissende impuls zal geven”, zegt Torsten Heinemann, hoofd van de afdeling innovatie bij Covestro.

Chemische productie en materiaalkunde zijn industrieën waar microscopische veranderingen in microscopische systemen grote gevolgen kunnen hebben voor de ontwikkeling op macroschaal. Computationele scheikundigen werken hard aan het definiëren van microscopische structuren in bijvoorbeeld een zonnepaneel, tot op het niveau van hoe elektronen er doorheen bewegen. Subtiele veranderingen in die infrastructuur kunnen procentuele winsten in efficiëntie betekenen, waardoor een zonne-energiecentrale elk jaar megawatts meer stroom zou kunnen opleveren. Op dezelfde manier zou een verschil van enkele moleculen in een katalysator voor een chemische reactie kunnen betekenen dat de reactie kan plaatsvinden bij een temperatuur die een paar graden lager is – wat fabrikanten duizenden of zelfs miljoenen dollars aan kosten zou kunnen besparen.

Maar de uitdaging van deze chemie is dat het op kwantumniveau moet gebeuren, waar de wiskunde zo complex is dat zelfs supercomputers moeite hebben met het doorgronden van de cijfers. Dit creëert een afweging waarbij het tijdig kunnen ontwerpen van materialen of processen betekent dat wiskundige modellen moeten worden vereenvoudigd en kwantumsystemen moeten worden benaderd. Hoe eenvoudiger het model, hoe sneller computers het kunnen verwerken, maar dit gaat ten koste van de productiekwaliteit of efficiëntie.

Dat is waar kwantumcomputing in beeld komt. Omdat deze systemen profiteren van kwantumprocessen om rekenkracht te creëren, hebben ze het potentieel om chemie zonder benadering te simuleren. “Kwantumchemie is heel natuurlijk om uit te voeren op een kwantumcomputer”, legt Rob Parrish uit, hoofd scheikundesimulaties van QC Ware (en alumnus van de studie van 2015). Forbes Onder 30 Wetenschapslijst). “En de reden is dat je probeert een dubbelganger te maken van het ene kwantumsysteem in het andere kwantumsysteem. Het komt dus heel mooi in kaart.”

Covestro en QC Ware hebben het afgelopen jaar samengewerkt om een ​​proof-of-concept te ontwikkelen voor het modelleren van de soorten reacties die moleculen produceren in industriële toepassingen. Dit werk heeft geresulteerd in twee artikelen: één waarin nieuwe technieken worden getoond die simulatie mogelijk maken met minder kwantumcomputerbronnen, en de andere waarin een nieuwe manier wordt ontwikkeld om energiegradiënten te berekenen. Deze gradiënten worden door fabrikanten gebruikt om nuttige chemische processen te simuleren.

Rnou ja, is de bestaande quantumcomputerhardware niet in staat enkele van de grote simulaties uit te voeren waarin de twee bedrijven geïnteresseerd zijn, zegt Parrish. Maar de samenwerking is erop gericht om de software en algoritmen klaar te hebben voor de dag die het is.

“Het initiatief dat we hiervoor hebben genomen is: implementeer dit over vijf jaar op de beste kwantumcomputer voor de korte termijn die er op dit moment is”, voegt hij eraan toe. “En dit is iets dat veel individuele onderzoeksstromen zal omvatten.”

Heinemann legt uit dat Covestro op korte termijn hoopt deze nieuwe technieken toe te passen op zijn chemische productieprocessen die afhankelijk zijn van katalytische reacties, die gemakkelijker te simuleren zouden moeten zijn met de kwantumhardware die nu wordt ontwikkeld en die naar verwachting binnen enkele jaren beschikbaar zal zijn. jaar. Door dit soort chemie te verbeteren hoopt Covestro een efficiënter proces te krijgen dat minder afval produceert. “Dat betekent meer output, een hogere kwaliteit van de chemische reacties in de producten die we genereren, en minder energieverbruik in de fabrieken”, voegt hij eraan toe.

Een tweede project waar Covestro en QC Ware naar zullen kijken is de mogelijkheid van circulariteit van productie. Het bedrijf verwacht dat er wereldwijd meer wetgeving komt die erop gericht is het mogelijk te maken dat polymeren en andere materialen weer in hun oorspronkelijke componenten worden gerecycled, in plaats van op stortplaatsen te worden gedumpt of te worden verbrand. “We denken ook dat quantum computing hier een belangrijke factor in kan zijn”, zegt Heinemann.

In op de langere termijnBeide bedrijven zijn van mening dat naarmate de quantumcomputerhardware volwassener wordt, deze in staat zal zijn om geavanceerdere simulaties aan te sturen die nieuwe mogelijkheden voor de productie van producten creëren. Voor Covestro ligt één kans op het gebied van hernieuwbare energie, waar kwantumcomputing kan helpen bij het ontwerpen van betere zonnepanelen en batterijsystemen. Voor QC Ware betekent dit het ontwikkelen van kwantumsoftware en algoritmen die aan andere materiaalfabrikanten kunnen worden verkocht, en ook een basis kunnen bieden voor andere toepassingen, zoals de ontdekking van geneesmiddelen.

“We hebben een voor beide partijen voordelige regeling waarbij ze op de hoogte kunnen zijn van kwantuminformatie en kwantumcomputing, en ze de technologie intern kunnen gebruiken om producten te ontwikkelen die ze op de markt verkopen”, zegt medeoprichter en CEO van QC Ware. Matt Johnson.

“Ik denk dat dit partnerschap en deze samenwerking met QC Ware laat zien hoe onderzoek en ontwikkeling in mondiale netwerken werkt”, voegt Heineman toe. “Dat betekent dat we de juiste expertise samenbrengen en onze samenwerkingen afstemmen op het gemeenschappelijke doel.”