澎湃新聞記者 王蕙蓉

近日，總部位于德國的材料制造商科思創(chuàng)（原拜耳材料科技）宣布與美國量子計算軟件開發(fā)商QC Ware達成5年合作協(xié)議，旨在共同開發(fā)量子計算算法，幫助改進科思創(chuàng)制造工藝，同時借助量子硬件發(fā)現(xiàn)新材料和催化劑。

圖片來自科思創(chuàng)

“我們完全相信，量子計算技術(shù)將在未來給計算化學(xué)家帶來決定性的推動力。”科思創(chuàng)集團創(chuàng)新主管Torsten Heinemann說道。

在化學(xué)制造和材料科學(xué)行業(yè)中，微觀系統(tǒng)的變化甚至可以對行業(yè)的宏觀發(fā)展產(chǎn)生重要影響。因此，計算化學(xué)家致力于研究微觀結(jié)構(gòu)，比如太陽能電池板中的微觀結(jié)構(gòu)。電子如何通過太陽能電池板的細微變化可能意味著效率的提高，太陽能發(fā)電廠每年發(fā)電量可能因此增加百萬瓦特(megawatts)。而在一個催化劑的化學(xué)反應(yīng)中，幾個分子的差異可能意味著反應(yīng)能夠在低于原本溫度的條件下發(fā)生，這就可能為化工制造商節(jié)省數(shù)千乃至數(shù)百萬美元成本。

前述微觀化學(xué)反應(yīng)的挑戰(zhàn)在于，科學(xué)家必須在量子水平上進行研究，其復(fù)雜的計算程度難以在超級計算機上進行處理。因此需要通過量子計算，借助量子力學(xué)特性來加強計算和模擬能力。

“在量子計算機上進行量子化學(xué)模擬具有天然優(yōu)勢?！盦C Ware化學(xué)模擬負責(zé)人Rob Parrish表示量子計算機具有“映射”能力，可以在一個量子系統(tǒng)中更好地模擬另一個量子系統(tǒng)。

QC Ware化學(xué)模擬負責(zé)人Rob Parrish

前述合作將結(jié)合科思創(chuàng)在基于經(jīng)驗的制造技術(shù)和經(jīng)典計算化學(xué)方面的專業(yè)知識，以及QC Ware在經(jīng)典算法和量子算法方面的優(yōu)勢。

去年，兩家公司針對工業(yè)應(yīng)用中的分子反應(yīng)類型模擬，共同展開建模研究。相關(guān)研究包括兩篇論文，均發(fā)表于arXiv，尚未經(jīng)同行評議。一篇展示了如何使用更少的量子計算資源進行模擬，另一篇則提出了一種計算能量梯度的新方法，用于模擬化學(xué)過程。

Parrish認為目前現(xiàn)有的量子計算硬件還無法運行一些大型模擬任務(wù)，但此次合作目的是開發(fā)軟件和算法，以應(yīng)對未來的大規(guī)?；瘜W(xué)模擬工作。

科思創(chuàng)希望短期內(nèi)，將量子計算應(yīng)用到依賴催化反應(yīng)的化學(xué)制造過程中，即通過正在開發(fā)的量子硬件來進行模擬，以形成更高效的工藝，減少浪費。Heinemann表示，“這意味著更多產(chǎn)量，以及我們生產(chǎn)的產(chǎn)品中化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量更高，工廠的能源消耗更少?！?/p>

科思創(chuàng)和QC Ware下一階段的目標(biāo)是尋找可循環(huán)制造的可能性?？扑紕?chuàng)預(yù)計，全球?qū)⒊雠_更多立法，旨在綠色回收聚合物和其他材料，而不是將其扔在垃圾填埋場或進行焚燒。“我們認為，量子計算技術(shù)可以在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用?！?/p>

責(zé)任編輯：李躍群

校對：丁曉