（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

最近，德國化工制造商科思創(chuàng)（Covestro）宣布與量子計算軟件開發(fā)商QC Ware達成一項為期5年的合作協(xié)議，雙方將共同致力于開發(fā)改進科思創(chuàng)制造工藝材料的量子算法。

不需要近似的化學(xué)模擬的能力

科思創(chuàng)集團創(chuàng)新主管Torsten Heinemann說：“未來，量子計算技術(shù)將為計算化學(xué)家的工作作出突破性的貢獻。”

化學(xué)制造和材料科學(xué)是最能體現(xiàn)微觀系統(tǒng)的變化對行業(yè)宏觀發(fā)展產(chǎn)生重大影響的代表行業(yè)之一。因此，計算化學(xué)家一直在重新定義微觀結(jié)論，例如太陽能電池板中的微觀結(jié)構(gòu)，它的細微變化將意味著電池效率的極大提高，從而使太陽能電池板廠產(chǎn)生更多兆瓦的電力；另一方面，通過改進化學(xué)反應(yīng)催化劑以降低環(huán)境要求，將會為制造商節(jié)省數(shù)千甚至數(shù)百萬美元的成本。

但這種化學(xué)改進的挑戰(zhàn)在于，其中涉及到的復(fù)雜計算問題即使是當(dāng)前的超級計算機也難以處理，它必須在量子水平上完成。于是，及時設(shè)計新材料或創(chuàng)新工藝，意味著我們需要進一步簡化數(shù)學(xué)模型并實現(xiàn)量子系統(tǒng)。因為模型越簡化，就需要計算機的處理速度越快，但摩爾定律正在限制這一發(fā)展。

這就是量子計算發(fā)揮作用的地方。量子計算系統(tǒng)利用量子力學(xué)特性來創(chuàng)造計算能力，所以它們擁有不需要近似的化學(xué)模擬的能力。

QC Ware化學(xué)模擬負責(zé)人Rob Parrish解釋道：“量子計算機進行量子化學(xué)模擬具有天然的優(yōu)勢。因為它們具有非常優(yōu)秀的映射能力，可以進行最優(yōu)模擬?！?/p>

合作與共贏

在過去一年中，Covestro和QC Ware合作開發(fā)了一種概念驗證，用于對工業(yè)應(yīng)用中的分子反應(yīng)進行建模。這項工作已發(fā)表了兩篇論文：一篇展示了允許使用更少的量子計算資源進行模擬的新技術(shù)，另一篇則開發(fā)了一種計算能量梯度的新方法用以模擬有用的化學(xué)過程。

Parrish表示，目前，現(xiàn)有的量子計算硬件還無法運行雙方所期待的一些大型模擬任務(wù)，但此次合作的目的是面向未來準備好軟件和算法?！盀榇?，我們制定的計劃是在五年內(nèi)將其部署在最好的量子計算機上。這包含了大量的獨立研究工作?！?/p>

Heinemann解釋說，短期內(nèi)，科思創(chuàng)希望將這些新技術(shù)應(yīng)用到那些依賴催化反應(yīng)的化學(xué)制造過程中，通過在近期的量子計算機上進行模擬，預(yù)計這將在未來幾年取得成果。科思創(chuàng)希望創(chuàng)新出更高效的工藝，以減少浪費?！爱a(chǎn)量更高，化學(xué)反應(yīng)質(zhì)量更高，以及生產(chǎn)中的能源消耗更少?！?/p>

科思創(chuàng)和QC Ware下一階段目標是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。據(jù)科思創(chuàng)預(yù)計，全球?qū)⒊雠_更多立法，旨在促使聚合物和其他材料實現(xiàn)綠色回收，而不是被傾倒在垃圾填埋場或焚燒?！拔覀冋J為，這也將成為量子計算技術(shù)發(fā)揮關(guān)鍵作用的場景之一。”

從長遠來看，兩家公司都認為，隨著量子計算硬件的成熟，它將推動實現(xiàn)更復(fù)雜的模擬，從而為產(chǎn)品制造創(chuàng)造新的可能。在可再生能源領(lǐng)域，對于科思創(chuàng)來說，一個新的機會是利用量子計算設(shè)計出更好的太陽能電池板和電池系統(tǒng)；對于QC Ware來說，這意味著擁有能夠出售給其他材料制造商的量子軟件和算法，同時也為其藥物發(fā)現(xiàn)等其他應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

QC Ware聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Matt Johnson說：“這是一項互惠互利的合作，科思創(chuàng)將在量子信息和量子計算創(chuàng)新方面跟上步伐，他們可以在內(nèi)部使用該技術(shù)來開發(fā)新產(chǎn)品?！?/p>

Heineman補充道：“我認為，與QC Ware的合作伙伴關(guān)系代表了一種全球性的研發(fā)合作模式。我們正在學(xué)習(xí)正確的專業(yè)知識并通過定制化合作以實現(xiàn)共同目標。”

原文鏈接：

https://www.forbes.com/sites/alexknapp/2022/06/06/this-collaboration-will-use-quantum-computing-to-make-manufacturing-more-sustainable/?sh=848a4a372149

文：Alex Knapp編譯：李每編輯：慕一
注：本文編譯自“Forbes”，不代表量子前哨觀點。