Cette collaboration utilisera l'informatique quantique pour rendre la fabrication plus durable

On lundi, le fabricant allemand de polymères Covestro a annoncé un accord de collaboration de 5 ans avec QC Ware, développeur de logiciels d'informatique quantique basé à San Francisco. Ensemble, les entreprises travailleront au développement d'algorithmes informatiques quantiques qui peuvent améliorer les processus de fabrication et les matériaux de Covestro.

"Nous sommes pleinement convaincus que la technologie de l'informatique quantique donnera aux chimistes computationnels un coup de pouce décisif à l'avenir", déclare Torsten Heinemann, responsable de l'innovation du groupe Covestro.

La fabrication de produits chimiques et la science des matériaux sont des industries où les changements microscopiques dans les systèmes microscopiques peuvent avoir des impacts majeurs sur le développement à grande échelle. Les chimistes computationnels travaillent dur pour définir les structures microscopiques dans, par exemple, un panneau solaire, jusqu'au niveau de la façon dont les électrons se déplacent à travers celui-ci. Des changements subtils dans cette infrastructure peuvent signifier des gains en pourcentage d'efficacité qui pourraient produire des mégawatts de plus d'énergie à partir d'une centrale à énergie solaire chaque année. De même, une différence de quelques molécules dans un catalyseur pour une réaction chimique pourrait signifier que la réaction peut avoir lieu à une température inférieure de quelques degrés, ce qui pourrait permettre aux fabricants d'économiser des milliers, voire des millions de dollars en coûts.

Mais le défi de cette chimie est qu'elle doit être faite au niveau quantique, où les mathématiques sont si complexes que même les superordinateurs ont du mal à calculer les chiffres. Cela crée un compromis où être capable de concevoir des matériaux ou des processus en temps opportun signifie simplifier les modèles mathématiques et se rapprocher des systèmes quantiques. Plus le modèle est simplifié, plus les ordinateurs peuvent le traiter rapidement, mais au détriment de la qualité ou de l'efficacité de fabrication.

C'est là qu'intervient l'informatique quantique. Parce que ces systèmes tirent parti des processus quantiques pour créer une puissance de calcul, ils ont le potentiel de simuler la chimie sans approximation. "La chimie quantique est extrêmement naturelle à faire sur un ordinateur quantique", explique Rob Parrish, responsable des simulations de chimie chez QC Ware (et ancien élève du 2015 Forbes Liste des moins de 30 ans en sciences). « Et la raison en est que vous essayez de créer un sosie d'un système quantique dans un autre système quantique. Donc, ça cartographie très bien.

Covestro et QC Ware ont passé l'année dernière dans un partenariat pour développer une preuve de concept pour modéliser les types de réactions qui produisent des molécules dans des applications industrielles. Ces travaux ont abouti à deux articles, l'un présentant de nouvelles techniques permettant une simulation utilisant moins de ressources informatiques quantiques, et l'autre développant une nouvelle façon de calculer les gradients d'énergie. Ces gradients sont utilisés pour simuler des processus chimiques utiles par les fabricants.

Rbien maintenant, le matériel informatique quantique existant n'est pas capable d'exécuter certaines des grandes simulations qui intéressent les deux sociétés, explique Parrish. Mais la collaboration vise à ce que le logiciel et les algorithmes soient prêts pour le jour où c'est le cas.

"L'initiative que nous avons lancée pour ce faire est la suivante : dans cinq ans, déployez-le sur le meilleur ordinateur quantique à court terme qui existe actuellement", ajoute-t-il. "Et c'est une chose qui comportera de nombreux volets de recherche individuels."

Heinemann explique qu'à court terme, Covestro espère appliquer ces nouvelles techniques à ses processus de fabrication chimiques qui dépendent de réactions catalytiques, qui devraient être plus faciles à simuler avec du matériel quantique en cours de développement et qui devrait être disponible d'ici quelques jours. années. En améliorant ces types de chimie, Covestro espère disposer d'un procédé plus efficace qui produit moins de déchets. "Cela signifie plus de rendement, une meilleure qualité des réactions chimiques dans les produits que nous générons et moins de consommation d'énergie dans les usines", ajoute-t-il.

Un deuxième projet que Covestro et QC Ware examineront est la possibilité de circularité de la fabrication. La société s'attend à ce qu'il y ait plus de législation à l'échelle mondiale visant à permettre aux polymères et autres matériaux d'être recyclés dans leurs composants d'origine, plutôt que d'être jetés dans des décharges ou brûlés. "Nous pensons également que l'informatique quantique ici peut être un catalyseur clé", déclare Heinemann.

In à plus long terme, les deux sociétés pensent qu'à mesure que le matériel informatique quantique mûrit, il sera en mesure de piloter des simulations plus sophistiquées qui créeront de nouvelles possibilités pour la fabrication de produits. Pour Covestro, une opportunité se trouve dans le domaine des énergies renouvelables, où l'informatique quantique peut aider à concevoir de meilleurs panneaux solaires et systèmes de batteries. Pour QC Ware, cela signifie développer des logiciels et des algorithmes quantiques qui peuvent être vendus à d'autres fabricants de matériaux, et également fournir une base pour d'autres applications telles que la découverte de médicaments.

"Nous avons cet arrangement mutuellement bénéfique où pour eux, ils peuvent se mettre à niveau dans l'information quantique et l'informatique quantique, et ils peuvent utiliser la technologie en interne pour développer des produits qu'ils vendent sur le marché", déclare le cofondateur et PDG de QC Ware. Matt Johnson.

« Je pense que ce partenariat et cette collaboration avec QC Ware montrent comment fonctionnent la recherche et le développement dans les réseaux mondiaux », ajoute Heineman. "Cela signifie que nous rassemblons la bonne expertise et adaptons nos collaborations pour atteindre l'objectif commun."