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，量子計算技術將在未來給計算化學家帶來決定性的推動力?！笨扑紕?chuàng)集團創(chuàng)新主管Torsten Heinemann說道。

在化學制造和材料科學行業(yè)中，微觀系統(tǒng)的變化甚至可以對行業(yè)的宏觀發(fā)展產生重要影響。因此，計算化學家致力于研究微觀結構，比如太陽能電池板中的微觀結構。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反應中，幾個分子的差異可能意味著反應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)省數千乃至數百萬美元成本。

前述微觀化學反應的挑戰(zhàn)在于，科學家必須在量子水平上進行研究，其復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模擬具有天然優(yōu)勢?！盦C Ware化學模擬負責人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化學模擬負責人Rob Parrish

前述合作將結合科思創(chuàng)在基于經驗的制造技術和經典計算化學方面的專業(yè)知識，以及QC Ware在經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)應用中的分子反應類型模擬，共同展開建模研究。相關研究包括兩篇論文，均發(fā)表于arXiv，尚未經同行評議。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，用于模擬化學過程。

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

科思創(chuàng)希望短期內，將量子計算應用到依賴催化反應的化學制造過程中，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，“這意味著更多產量，以及我們生產的產品中化學反應的質量更高，工廠的能源消耗更少?！?/p>

科思創(chuàng)和QC Ware下一階段的目標是尋找可循環(huán)制造的可能性。科思創(chuàng)預計，全球將出臺更多立法，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?！拔覀冋J為，量子計算技術可以在其中發(fā)揮關鍵作用?！?/p>

責任編輯：李躍群

校對：丁曉