加速量子計(jì)算模擬碳捕獲：美國(guó)量子公司開(kāi)發(fā)量子計(jì)算方法

近日，Quantinuum公司的量子化學(xué)團(tuán)隊(duì)與國(guó)際能源公司道達(dá)爾能源(TotalEnergies)合作研究量子計(jì)算機(jī)在緩解氣候變化方面的潛在應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表于arXiv，為量子計(jì)算模擬化學(xué)材料鋪平了道路，有助于利用量子計(jì)算發(fā)現(xiàn)材料，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)碳捕獲和封存。

 

量子計(jì)算方法應(yīng)用于金屬有機(jī)框架的CO2捕獲，圖片來(lái)自Quantinuum

 

目前，MOFs材料被積極應(yīng)用在碳捕獲的研究工作，此類(lèi)材料能夠以較低的能量需求吸收二氧化碳，具有較大的科學(xué)價(jià)值。由于MOFs這一合成材料是多孔的，這使得它們能夠與二氧化碳分子(CO2)結(jié)合。此外，MOFs材料可以比作分子的“樂(lè)高積木”，即通過(guò)多種不同的配置，形成特定的孔隙大小和反應(yīng)活性。原則上，它們可以用來(lái)設(shè)計(jì)具有特定性能的材料。

 

但以往利用經(jīng)典計(jì)算機(jī)來(lái)模擬這些材料合成過(guò)程，通常會(huì)得到不精確的解。

 

因此，團(tuán)隊(duì)利用量子方法克服了傳統(tǒng)方法的一些局限性，包括計(jì)算能力和多體系統(tǒng)研究的局限性。他們將碳捕獲和量子計(jì)算相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一種量子計(jì)算方法，能夠?qū)⒍趸挤肿优c“金屬有機(jī)框架”(MOFs)材料相結(jié)合。

 

然而，目前的量子計(jì)算機(jī)受到量子位的數(shù)量限制，也很容易因各種干擾出錯(cuò)，因此模擬像MOFs這樣的復(fù)雜材料仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。對(duì)此，團(tuán)隊(duì)使用碎片化策略來(lái)分解計(jì)算任務(wù)，采用了一種結(jié)合量子和經(jīng)典計(jì)算的混合方法來(lái)進(jìn)行模擬，這一方法具有魯棒性和通用性。

 

前述工作揭示了量子計(jì)算機(jī)如何模擬復(fù)雜的多體相互作用體系，加深了人們對(duì)CO2與MOFs合成系統(tǒng)的理解，有助于利用量子計(jì)算機(jī)應(yīng)對(duì)氣候變化方面的挑戰(zhàn)。Quantinuum公司首席執(zhí)行官I(mǎi)lyas Khan認(rèn)為“這標(biāo)志著備受期待的量子化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑”。