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德国科思创与量子计算公司合作，探索化学新材料与新工艺

2022-06-09 10:50 澎湃新闻　-　

近日，总部位于德国的材料制造商科思创（原拜耳材料科技）宣布与美国量子计算软件开发商QC Ware达成5年合作协议，旨在共同开发量子计算算法，帮助改进科思创制造工艺，同时借助量子硬件发现新材料和催化剂。

图片来自科思创

“我们完全相信，量子计算技术将在未来给计算化学家带来决定性的推动力。”科思创集团创新主管Torsten Heinemann说道。

在化学制造和材料科学行业中，微观系统的变化甚至可以对行业的宏观发展产生重要影响。因此，计算化学家致力于研究微观结构，比如太阳能电池板中的微观结构。电子如何通过太阳能电池板的细微变化可能意味着效率的提高，太阳能发电厂每年发电量可能因此增加百万瓦特(megawatts)。而在一个催化剂的化学反应中，几个分子的差异可能意味着反应能够在低于原本温度的条件下发生，这就可能为化工制造商节省数千乃至数百万美元成本。

前述微观化学反应的挑战在于，科学家必须在量子水平上进行研究，其复杂的计算程度难以在超级计算机上进行处理。因此需要通过量子计算，借助量子力学特性来加强计算和模拟能力。

“在量子计算机上进行量子化学模拟具有天然优势。”QC Ware化学模拟负责人Rob Parrish表示量子计算机具有“映射”能力，可以在一个量子系统中更好地模拟另一个量子系统。
前述合作将结合科思创在基于经验的制造技术和经典计算化学方面的专业知识，以及QC Ware在经典算法和量子算法方面的优势。

去年，两家公司针对工业应用中的分子反应类型模拟，共同展开建模研究。相关研究包括两篇论文，均发表于arXiv，尚未经同行评议。一篇展示了如何使用更少的量子计算资源进行模拟，另一篇则提出了一种计算能量梯度的新方法，用于模拟化学过程。

Parrish认为目前现有的量子计算硬件还无法运行一些大型模拟任务，但此次合作目的是开发软件和算法，以应对未来的大规模化学模拟工作。

科思创希望短期内，将量子计算应用到依赖催化反应的化学制造过程中，即通过正在开发的量子硬件来进行模拟，以形成更高效的工艺，减少浪费。Heinemann表示，“这意味着更多产量，以及我们生产的产品中化学反应的质量更高，工厂的能源消耗更少。”

科思创和QC Ware下一阶段的目标是寻找可循环制造的可能性。科思创预计，全球将出台更多立法，旨在绿色回收聚合物和其他材料，而不是将其扔在垃圾填埋场或进行焚烧。“我们认为，量子计算技术可以在其中发挥关键作用。”

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