سيستخدم هذا التعاون الحوسبة الكمية لجعل التصنيع أكثر استدامة

Oن الاثنينأعلنت شركة Covestro المصنعة للبوليمرات ومقرها ألمانيا عن اتفاقية تعاون مدتها 5 سنوات مع مطور برامج الحوسبة الكمية QC Ware ومقرها سان فرانسيسكو. ستعمل الشركتان معًا على تطوير خوارزميات الحوسبة الكمية التي يمكنها تحسين عمليات التصنيع والمواد في شركة كوفيسترو.

يقول Torsten Heinemann ، رئيس قسم الابتكار الجماعي في Covestro: "نحن مقتنعون تمامًا بأن تقنية الحوسبة الكمومية ستمنح الكيميائيين الحاسوبيين دفعة حاسمة في المستقبل".

التصنيع الكيميائي وعلوم المواد هي الصناعات التي يمكن أن يكون للتغيرات المجهرية في الأنظمة المجهرية فيها تأثيرات كبيرة على التطور الكلي. يعمل الكيميائيون الحسابيون بجد لتحديد الهياكل المجهرية في ، على سبيل المثال ، لوحة شمسية ، وصولاً إلى مستوى كيفية تحرك الإلكترونات من خلالها. يمكن أن تؤدي التغييرات الطفيفة في تلك البنية التحتية إلى زيادة النسبة المئوية في الكفاءة والتي يمكن أن تنتج ميغاواط أكثر من الطاقة من محطة للطاقة الشمسية كل عام. وبالمثل ، فإن اختلافًا بسيطًا في الجزيئات في محفز تفاعل كيميائي يمكن أن يعني أن التفاعل يمكن أن يحدث عند درجة حرارة أقل ببضع درجات - مما قد يوفر على الشركات المصنعة آلافًا أو حتى ملايين الدولارات من التكاليف.

لكن التحدي الذي تواجهه هذه الكيمياء هو أنه يجب إجراؤها على المستوى الكمي ، حيث تكون الرياضيات معقدة للغاية لدرجة أن الحواسيب العملاقة تواجه مشكلة في تحليل الأرقام. هذا يخلق مقايضة حيث تكون القدرة على تصميم المواد أو العمليات في الوقت المناسب تعني تبسيط النماذج الرياضية وتقريب الأنظمة الكمية. كلما كان النموذج أكثر بساطة ، زادت سرعة أجهزة الكمبيوتر في معالجته - ولكن على حساب جودة التصنيع أو كفاءته.

هذا هو المكان الذي تتدخل فيه الحوسبة الكمومية. نظرًا لأن هذه الأنظمة تستفيد من العمليات الكمومية لإنشاء قوة حوسبة ، فإنها تمتلك القدرة على محاكاة الكيمياء دون تقريب. يوضح روب باريش ، رئيس عمليات المحاكاة الكيميائية في QC Ware (وخريج 2015 الشرق الأوسط تحت 30 قائمة العلوم). والسبب هو أنك تحاول إنشاء شبيه بنظام كمومي في نظام كمي آخر. لذلك فهي خريطة جيدة للغاية ".

أمضت شركة كوفيسترو و QC Ware العام الماضي في شراكة لتطوير إثبات المفهوم لنمذجة أنواع التفاعلات التي تنتج الجزيئات في التطبيقات الصناعية. نتج عن هذا العمل ورقتان ، أحدهما يعرض تقنيات جديدة تسمح بالمحاكاة باستخدام موارد أقل للحوسبة الكمومية ، والآخر يطور طريقة جديدة لحساب تدرجات الطاقة. تُستخدم هذه التدرجات لمحاكاة العمليات الكيميائية المفيدة من قبل الشركات المصنعة.

Rالآنيقول باريش ، إن أجهزة الحوسبة الكمومية الموجودة غير قادرة على تشغيل بعض عمليات المحاكاة الكبيرة التي تهتم بها الشركتان. لكن الهدف من التعاون هو أن تكون البرامج والخوارزميات جاهزة ليومها.

ويضيف: "المبادرة التي وضعناها للقيام بذلك هي: في غضون خمس سنوات ، نشر هذا على أفضل كمبيوتر كمي على المدى القريب موجود حاليًا". "وهذا شيء سيكون له العديد من تيارات البحث الفردية داخله."

يوضح Heinemann أنه على المدى القصير ، تأمل شركة Covestro في تطبيق هذه التقنيات الجديدة على عمليات التصنيع الكيميائية التي تعتمد على التفاعلات التحفيزية ، والتي يجب أن تكون أسهل في المحاكاة باستخدام الأجهزة الكمومية التي يتم تطويرها الآن ويمكن توقع توفرها في غضون بضعة أيام. سنين. من خلال تحسين هذه الأنواع من الكيمياء ، تأمل كوفيسترو في الحصول على عملية أكثر كفاءة تنتج نفايات أقل. ويضيف: "هذا يعني المزيد من الإنتاج ، وجودة أعلى للتفاعلات الكيميائية في المنتجات التي ننتجها ، واستهلاكًا أقل للطاقة في المصانع".

المشروع الثاني الذي ستنظر فيه Covestro و QC Ware هو إمكانية دائرية التصنيع. تتوقع الشركة أن يكون هناك المزيد من التشريعات الموجهة عالميًا نحو جعل من الممكن إعادة تدوير البوليمرات والمواد الأخرى إلى مكوناتها الأصلية ، بدلاً من إغراقها في مكبات النفايات أو حرقها. يقول هاينمان: "نعتقد أيضًا أن الحوسبة الكمومية هنا يمكن أن تكون عامل تمكين رئيسي".

Iن على المدى الطويل، تعتقد كلتا الشركتين أنه مع نضوج أجهزة الحوسبة الكمومية ، ستكون قادرة على قيادة عمليات محاكاة أكثر تطوراً تخلق إمكانيات جديدة لتصنيع المنتجات. بالنسبة لشركة Covestro ، هناك فرصة واحدة في مجال الطاقة المتجددة ، حيث يمكن للحوسبة الكمومية أن تساعد في تصميم أفضل الألواح الشمسية وأنظمة البطاريات. بالنسبة إلى QC Ware ، يعني ذلك تطوير برامج وخوارزميات كميّة يمكن بيعها لمصنّعي مواد آخرين ، كما توفر أساسًا لتطبيقات أخرى مثل اكتشاف الأدوية.

يقول الشريك المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة QC Ware: "لقد حصلنا على هذا الترتيب المفيد للطرفين حيث يمكنهم الوصول بسرعة إلى المعلومات الكمية والحوسبة الكمية ، ويمكنهم استخدام التكنولوجيا داخليًا لتطوير المنتجات التي يبيعونها في السوق" مات جونسون.

ويضيف هاينمان: "أعتقد أن هذه الشراكة والتعاون مع QC Ware يعرضان كيفية عمل البحث والتطوير في الشبكات العالمية". "هذا يعني أننا نجمع الخبرة المناسبة معًا ونصمم تعاوننا لتحقيق الهدف المشترك."