שיתוף הפעולה הזה ישתמש במחשוב קוונטי כדי להפוך את הייצור לבר-קיימא יותר

On יום שני, יצרנית הפולימרים Covestro, מגרמניה, הודיעה על הסכם שיתוף פעולה ל-5 שנים עם מפתחת תוכנת המחשוב הקוונטי, QC Ware, שבסיסה בסן פרנסיסקו. יחד, החברות יפעלו לפיתוח אלגוריתמי מחשוב קוונטי שיכולים לשפר את תהליכי הייצור והחומרים של קובסטרו.

"אנו משוכנעים לחלוטין שהטכנולוגיה של מחשוב קוונטי תעניק לכימאים חישוביים דחיפה מכרעת בעתיד", אומר טורסטן היינמן, ראש תחום חדשנות הקבוצה של קובסטרו.

ייצור כימי ומדעי החומרים הם תעשיות שבהן לשינויים מיקרוסקופיים במערכות מיקרוסקופיות יכולות להיות השפעות גדולות על התפתחות מקרו. כימאים חישוביים עובדים קשה כדי להגדיר מבנים מיקרוסקופיים בפאנל סולארי, למשל, עד לרמה של איך אלקטרונים נעים דרכו. שינויים עדינים בתשתית זו יכולים להיות רווחים באחוזים ביעילות שיכולים להניב מגה וואט יותר כוח ממפעל אנרגיה סולארית מדי שנה. באופן דומה, הבדל של כמה מולקולות בזרז לתגובה כימית יכול לגרום לכך שהתגובה יכולה להתרחש בטמפרטורה נמוכה בכמה מעלות - מה שיכול לחסוך ליצרנים אלפי או אפילו מיליוני דולרים בעלויות.

אבל האתגר של הכימיה הזו הוא שהיא חייבת להיעשות ברמה הקוונטית, שבה המתמטיקה כל כך מורכבת שאפילו מחשבי-על מתקשים לקלוט את המספרים. זה יוצר פשרה שבה היכולת לעצב חומרים או תהליכים בזמן משמעה פישוט מודלים מתמטיים והתקרבות למערכות קוונטיות. ככל שהדגם פשוט יותר, המחשבים יכולים להרוס אותו מהר יותר - אך במחיר של איכות או יעילות ייצור.

זה המקום שבו נכנס המחשוב הקוונטי. מכיוון שמערכות אלו מנצלות תהליכים קוונטיים כדי ליצור כוח מחשוב, יש להן פוטנציאל לדמות כימיה ללא קירוב. "כימיה קוונטית היא טבעית ביותר לעשות במחשב קוונטי", מסביר רוב פאריש, ראש סימולציות כימיה של QC Ware (ובוגר 2015 פורבס רשימת מדעים מתחת לגיל 30). "והסיבה היא שאתה מנסה לעשות דופלגנגר של מערכת קוונטית אחת במערכת קוונטית אחרת. אז זה כן ממפה יפה מאוד."

Covestro ו-QC Ware בילו את השנה האחרונה בשיתוף פעולה לפיתוח הוכחת קונספט למידול סוגי התגובות המייצרות מולקולות ביישומים תעשייתיים. עבודה זו הניבה שני מאמרים, האחד מציג טכניקות חדשות המאפשרות סימולציה תוך שימוש בפחות משאבי מחשוב קוונטי, והשני מפתח דרך חדשה לחישוב שיפועים אנרגיה. שיפועים אלה משמשים כדי לדמות תהליכים כימיים שימושיים על ידי יצרנים.

Rנכון עכשיו, חומרת המחשוב הקוונטי שקיימת אינה מסוגלת להריץ כמה מהסימולציות הגדולות ששתי החברות מעוניינות בהן, אומר פאריש. אבל שיתוף הפעולה מכוון לכך שהתוכנה והאלגוריתמים יהיו מוכנים ליום שהוא.

"היוזמה שיצאנו לעשות זאת היא: בעוד חמש שנים, פרוס את זה במחשב הקוונטי הטוב ביותר לטווח הקרוב שקיים כרגע", הוא מוסיף. "וזה דבר שיהיו בתוכו הרבה זרמי מחקר בודדים."

היינמן מסביר כי בטווח הקצר, קובסטרו מקווה ליישם את הטכניקות החדשות הללו בתהליכי הייצור הכימיים שלה התלויים בתגובות קטליטיות, שאמורות להיות קלות יותר לדמות אותן עם חומרה קוונטית שמפותחת כעת וניתן לצפות שהיא תהיה זמינה תוך כמה שנים. על ידי שיפור סוגים אלה של כימיה, קובסטרו מקווה לקבל תהליך יעיל יותר שמייצר פחות פסולת. "זה אומר יותר תפוקה, איכות גבוהה יותר של התגובות הכימיות במוצרים שאנו מייצרים, ופחות צריכת אנרגיה במפעלים", הוא מוסיף.

פרויקט שני שקובסטרו ו-QC Ware יבדקו הוא האפשרות של מעגליות של ייצור. החברה מצפה שתהיה יותר חקיקה בעולם המיועד לאפשר למחזר פולימרים וחומרים אחרים בחזרה לרכיבים המקוריים שלהם, במקום להיזרק למזבלות או לשרוף. "אנחנו גם חושבים שמחשוב קוונטי כאן יכול להיות גורם מפתח", אומר היינמן.

Iבטווח הארוך יותר, שתי החברות מאמינות שככל שחומרת המחשוב הקוונטי מבשילה, היא תוכל להניע סימולציות מתוחכמות יותר שיוצרות אפשרויות חדשות לייצור מוצרים. עבור Covestro, הזדמנות אחת היא בתחום האנרגיה המתחדשת, שבה מחשוב קוונטי יכול לעזור לתכנן פאנלים סולאריים ומערכות סוללות טובות יותר. עבור QC Ware, זה אומר פיתוח תוכנות קוונטיות ואלגוריתמים שניתן למכור ליצרני חומרים אחרים, וגם לספק בסיס ליישומים אחרים כמו גילוי תרופות.

"יש לנו הסדר המועיל הדדי הזה שבו עבורם, הם יכולים להתעדכן במידע קוונטי ובמחשוב קוונטי, והם יכולים להשתמש פנימית בטכנולוגיה כדי לפתח מוצרים שהם מוכרים לשוק", אומר מייסד ומנכ"ל QC Ware מאט ג'ונסון.

"אני חושב שהשותפות ושיתוף הפעולה עם QC Ware מציגים כיצד פועל מחקר ופיתוח ברשתות גלובליות", מוסיף היינמן. "זה אומר שאנחנו מפגישים את המומחיות הנכונה ומתאימים את שיתופי הפעולה שלנו כדי להניע את המטרה המשותפת."