La rivoluzione della simulazione quantistica dei materiali: nuove scoperte per l’industria chimica

La simulazione quantistica dei materiali potrebbe rappresentare un grande passo avanti per l’industria chimica e la produzione di energia. Una ricerca condotta da Riverlane e Johnson Matthey ha dimostrato che gli algoritmi quantistici possono simulare i catalizzatori utilizzati in molti processi chimici industriali, come le celle a combustibile, i prodotti petrolchimici e la produzione di idrogeno. Questo potrebbe ridurre l’impatto ambientale di queste industrie, aprendo nuovi orizzonti per la catalisi e la scienza dei materiali in generale.

Il documento pubblicato su Physical Review Research dimostra come un computer quantistico con correzione degli errori possa simulare l’ossido di nichel e l’ossido di palladio, materiali importanti nella catalisi eterogenea. Questo processo è utilizzato per creare un’ampia gamma di sostanze chimiche e combustibili. Il dottor Aleksei Ivanov, scienziato quantistico presso Riverlane e autore principale dell’articolo, ha dichiarato: “Il nostro algoritmo consente la simulazione quantistica di grandi sistemi a stato solido con tempi di esecuzione spesso associati a sistemi molecolari molto piĂą piccoli. Questo lavoro apre la strada a future simulazioni pratiche di materiali su computer quantistici con correzione degli errori».

La ricerca ha anche dimostrato che i materiali che sono difficili da simulare sui normali computer a causa della loro complessa natura quantistica possono essere simulati utilizzando i computer quantistici. Fino ad oggi, la maggior parte della ricerca sui computer quantistici si è concentrata sulla simulazione di molecole, ma questa ricerca dimostra che anche i materiali possono essere simulati con successo.

Il dottor Christoph Sunderhauf, scienziato quantistico senior presso Riverlane e coautore dell’articolo, ha commentato: “In questo lavoro, ci siamo chiesti: come possiamo modificare un algoritmo molecolare esistente per sfruttare la struttura del materiale? Abbiamo capito come farlo e, di conseguenza, le nostre modifiche all’algoritmo quantistico esistente riducono i requisiti di risorse quantistiche. Pertanto, i futuri computer quantistici richiedono molti meno qubit e una profonditĂ  del circuito ridotta rispetto a quando i precedenti algoritmi quantistici non avevano alcuna modifica”.

Tuttavia, i computer quantistici di oggi hanno ancora limitazioni, poiché al massimo hanno poche centinaia di bit quantici (qubit). Per sbloccare le applicazioni in più settori, i computer quantistici devono scalare di ordini di grandezza per raggiungere la correzione degli errori.

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Research reveals how quantum computing can simulate materials

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