Bydd y Cydweithrediad hwn yn Defnyddio Cyfrifiadura Cwantwm i Wneud Gweithgynhyrchu'n Fwy Cynaliadwy

On Dydd Llun, Cyhoeddodd y gwneuthurwr polymer o'r Almaen Covestro gytundeb cydweithredu 5 mlynedd gyda datblygwr meddalwedd cyfrifiadurol cwantwm o San Francisco, QC Ware. Gyda'i gilydd, bydd y cwmnïau'n gweithio i ddatblygu algorithmau cyfrifiadura cwantwm a all wella prosesau gweithgynhyrchu a deunyddiau Covestro.

“Rydym yn gwbl argyhoeddedig y bydd technoleg cyfrifiadura cwantwm yn rhoi hwb pendant i gemegwyr cyfrifiadol yn y dyfodol,” meddai Torsten Heinemann, pennaeth arloesi grŵp Covestro.

Mae gweithgynhyrchu cemegol a gwyddor deunyddiau yn ddiwydiannau lle gall newidiadau microsgopig mewn systemau microsgopig gael effaith fawr ar ddatblygiad graddfa macro. Mae cemegwyr cyfrifiannol yn gweithio'n galed i ddiffinio adeileddau microsgopig mewn, er enghraifft, panel solar, i lawr i lefel y ffordd y mae electronau'n symud drwyddo. Gall newidiadau cynnil yn y seilwaith hwnnw olygu enillion canrannol mewn effeithlonrwydd a allai gynhyrchu megawat mwy o bŵer o orsaf ynni solar bob blwyddyn. Yn yr un modd, gallai ychydig o wahaniaeth moleciwlau mewn catalydd ar gyfer adwaith cemegol olygu y gall yr adwaith ddigwydd ar dymheredd ychydig raddau yn is - a allai arbed miloedd neu hyd yn oed filiynau o ddoleri i weithgynhyrchwyr mewn costau.

Ond her y cemeg hwn yw bod yn rhaid ei wneud ar y lefel cwantwm, lle mae'r mathemateg mor gymhleth fel bod hyd yn oed uwchgyfrifiaduron yn cael trafferth crensian y niferoedd. Mae hyn yn creu cyfaddawd lle mae gallu dylunio deunyddiau neu brosesau mewn modd amserol yn golygu symleiddio modelau mathemategol a brasamcanu systemau cwantwm. Po fwyaf symlach yw'r model, y cyflymaf y gall cyfrifiaduron ei wasgu - ond ar gost o ansawdd neu effeithlonrwydd gweithgynhyrchu.

Dyna lle mae cyfrifiadura cwantwm yn camu i mewn. Gan fod y systemau hyn yn manteisio ar brosesau cwantwm i greu pŵer cyfrifiadurol, mae ganddynt y potensial i efelychu cemeg heb frasamcan. “Mae cemeg cwantwm yn hynod naturiol i'w wneud ar gyfrifiadur cwantwm,” eglura Rob Parrish, pennaeth efelychiadau cemeg QC Ware (a chyn-fyfyriwr y 2015). Forbes Rhestr Wyddoniaeth o dan 30). “A’r rheswm yw eich bod yn ceisio gwneud doppelganger o un system cwantwm mewn system cwantwm arall. Felly mae'n mapio'n braf iawn.”

Mae Covestro a QC Ware wedi treulio'r flwyddyn ddiwethaf mewn partneriaeth i ddatblygu prawf cysyniad ar gyfer modelu'r mathau o adweithiau sy'n cynhyrchu moleciwlau mewn cymwysiadau diwydiannol. Mae’r gwaith hwn wedi arwain at ddau bapur, un sy’n dangos technegau newydd sy’n caniatáu ar gyfer efelychu gan ddefnyddio llai o adnoddau cyfrifiadura cwantwm, a’r llall yn datblygu ffordd newydd o gyfrifo graddiannau egni. Defnyddir y graddiannau hyn i efelychu prosesau cemegol defnyddiol gan weithgynhyrchwyr.

Rnawr, nid yw'r caledwedd cyfrifiadurol cwantwm sy'n bodoli yn gallu rhedeg rhai o'r efelychiadau mawr y mae gan y ddau gwmni ddiddordeb ynddynt, meddai Parrish. Ond mae'r cydweithrediad wedi'i anelu at gael y feddalwedd a'r algorithmau yn barod ar gyfer y diwrnod y mae hi.

“Y fenter yr ydym wedi mynd ati i wneud hyn yw: mewn pum mlynedd, gosodwch hwn ar y cyfrifiadur cwantwm tymor agos gorau sydd ar gael ar hyn o bryd,” ychwanega. “Ac mae hwn yn beth a fydd â llawer o ffrydiau ymchwil unigol ynddo.”

Mae Heinemann yn esbonio bod Covestro, yn y tymor byr, yn gobeithio cymhwyso'r technegau newydd hyn i'w brosesau gweithgynhyrchu cemegol sy'n dibynnu ar adweithiau catalytig, a ddylai fod yn haws eu hefelychu â chaledwedd cwantwm sy'n cael ei ddatblygu nawr ac y gellir disgwyl iddo fod ar gael o fewn ychydig. mlynedd. Trwy wella'r mathau hyn o gemeg, mae Covestro yn gobeithio cael proses fwy effeithlon sy'n cynhyrchu llai o wastraff. “Mae hynny’n golygu mwy o allbwn, ansawdd uwch yr adweithiau cemegol yn y cynhyrchion rydyn ni’n eu cynhyrchu, a llai o ddefnydd o ynni yn y planhigion,” ychwanega.

Ail brosiect y bydd Covestro a QC Ware yn edrych arno yw'r posibilrwydd o gylchrededd gweithgynhyrchu. Mae'r cwmni'n disgwyl y bydd mwy o ddeddfwriaeth fyd-eang wedi'i hanelu at ei gwneud hi'n bosibl i bolymerau a deunyddiau eraill gael eu hailgylchu yn ôl i'w cydrannau gwreiddiol, yn hytrach na'u dympio mewn safleoedd tirlenwi neu eu llosgi. “Rydyn ni hefyd yn meddwl y gall cyfrifiadura cwantwm yma fod yn alluogwr allweddol,” meddai Heinemann.

In y tymor hwy, mae'r ddau gwmni yn credu, wrth i galedwedd cyfrifiadurol cwantwm aeddfedu, y bydd yn gallu gyrru efelychiadau mwy soffistigedig sy'n creu posibiliadau newydd ar gyfer gweithgynhyrchu cynnyrch. Ar gyfer Covestro, mae un cyfle ym myd ynni adnewyddadwy, lle gall cyfrifiadura cwantwm helpu i ddylunio paneli solar a systemau batri gwell. Ar gyfer QC Ware, mae hynny'n golygu datblygu meddalwedd cwantwm ac algorithmau y gellir eu gwerthu i weithgynhyrchwyr deunyddiau eraill, a hefyd yn darparu sylfaen ar gyfer cymwysiadau eraill megis darganfod cyffuriau.

“Mae gennym ni’r trefniant hwn sydd o fudd i’r ddwy ochr lle gallant gael y wybodaeth ddiweddaraf am wybodaeth cwantwm a chyfrifiadura cwantwm, a gallant ddefnyddio’r dechnoleg yn fewnol i ddatblygu cynhyrchion y maent yn eu gwerthu i’r farchnad,” meddai cyd-sylfaenydd a Phrif Swyddog Gweithredol QC Ware. Matt Johnson.

“Rwy’n meddwl bod y bartneriaeth a’r cydweithrediad hwn gyda QC Ware yn arddangos sut mae ymchwil a datblygu mewn rhwydweithiau byd-eang yn gweithio,” ychwanega Heineman. “Mae hynny’n golygu ein bod yn dod â’r arbenigedd cywir ynghyd ac yn teilwra ein cydweithrediadau i yrru’r pwrpas cyffredin.”