澎湃新聞?dòng)浾?王蕙蓉

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

圖片來(lái)自科思創(chuàng)

“我們完全相信，量子計(jì)算技術(shù)將在未來(lái)給計(jì)算化學(xué)家帶來(lái)決定性的推動(dòng)力?！笨扑紕?chuàng)集團(tuán)創(chuàng)新主管Torsten Heinemann說(shuō)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(duì)行業(yè)的宏觀發(fā)展產(chǎn)生重要影響。因此，計(jì)算化學(xué)家致力于研究微觀結(jié)構(gòu)，比如太陽(yáng)能電池板中的微觀結(jié)構(gòu)。電子如何通過(guò)太陽(yáng)能電池板的細(xì)微變化可能意味著效率的提高，太陽(yáng)能發(fā)電廠每年發(fā)電量可能因此增加百萬(wàn)瓦特(megawatts)。而在一個(gè)催化劑的化學(xué)反應(yīng)中，幾個(gè)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(wàn)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(jìn)行研究，其復(fù)雜的計(jì)算程度難以在超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理。因此需要通過(guò)量子計(jì)算，借助量子力學(xué)特性來(lái)加強(qiáng)計(jì)算和模擬能力。

“在量子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行量子化學(xué)模擬具有天然優(yōu)勢(shì)?！盦C Ware化學(xué)模擬負(fù)責(zé)人Rob Parrish表示量子計(jì)算機(jī)具有“映射”能力，可以在一個(gè)量子系統(tǒng)中更好地模擬另一個(gè)量子系統(tǒng)。

QC Ware化學(xué)模擬負(fù)責(zé)人Rob Parrish

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

去年，兩家公司針對(duì)工業(yè)應(yīng)用中的分子反應(yīng)類型模擬，共同展開(kāi)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(píng)議。一篇展示了如何使用更少的量子計(jì)算資源進(jìn)行模擬，另一篇?jiǎng)t提出了一種計(jì)算能量梯度的新方法，用于模擬化學(xué)過(guò)程。

Parrish認(rèn)為目前現(xiàn)有的量子計(jì)算硬件還無(wú)法運(yùn)行一些大型模擬任務(wù)，但此次合作目的是開(kāi)發(fā)軟件和算法，以應(yīng)對(duì)未來(lái)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(jì)算應(yīng)用到依賴催化反應(yīng)的化學(xué)制造過(guò)程中，即通過(guò)正在開(kāi)發(fā)的量子硬件來(lái)進(jìn)行模擬，以形成更高效的工藝，減少浪費(fèi)。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(jì)，全球?qū)⒊雠_(tái)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(chǎng)或進(jìn)行焚燒?！拔覀冋J(rèn)為，量子計(jì)算技術(shù)可以在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。”

責(zé)任編輯：李躍群

校對(duì)：丁曉