Nemecko podporuje výskum kvantovej chémie pre udržateľné katalyzátory

Nemecko sa stáva lídrom v oblasti výskumu kvantovej chémie, ktorá má potenciál výrazne znížiť energetickú náročnosť priemyselných procesov. V rámci programu Quantum Future nemecké Ministerstvo školstva a výskumu poskytlo finančnú podporu vo výške 1,8 milióna eur (približne 1,87 milióna dolárov) projektu qHPC-GREEN, vedenému Dr. Wernerom Dobrautzom. Tento projekt sa zameriava na využitie kvantových počítačov a vysokovýkonných výpočtových systémov (HPC) pre vývoj udržateľných katalyzátorov.

Prečo je kvantová chémia dôležitá?

Kvantová chémia študuje správanie elektrónov v molekulách, čo je kľúčové pre pochopenie chemických reakcií. Tradičné výpočtové metódy často zlyhávajú pri modelovaní silných elektrónových korelácií, ktoré sú typické pre malé kvantové systémy, ako je napríklad enzým nitrogenáza, zodpovedný za biologickú fixáciu dusíka. Práve táto reakcia je zásadná pre výrobu hnojív, ale jej priemyselná verzia je veľmi energeticky náročná.

Dr. Dobrautzov tím používa hybridný prístup, ktorý kombinuje klasické HPC pre slabo korelované oblasti a kvantové výpočty pre silne korelované oblasti. Táto metóda umožňuje efektívne využívať súčasné kvantové počítače s obmedzeným počtom qubitov.

Udržateľné katalyzátory a ich potenciál

Katalyzátory sú látky, ktoré urýchľujú chemické reakcie bez toho, aby sa samy spotrebovávali. Biokatalyzátory, inšpirované prírodnými procesmi, majú potenciál výrazne znížiť energetickú náročnosť a emisie v priemyselnej výrobe. Porozumenie kvantovým vlastnostiam týchto katalyzátorov by mohlo viesť k vývoju nových, efektívnejších materiálov.

Spolupráca a infraštruktúra

Projekt qHPC-GREEN spolupracuje s radom popredných inštitúcií, vrátane IBM Research Zurich, Wallenberg Centre for Quantum Technology vo Švédsku a fínskej softvérovej spoločnosti Algorithmiq. Výpočty budú vykonávané na superpočítačoch JUWELS vo Forschungszentrum Jülich a na kvantovej infraštruktúre JUNIQ.

Podľa riaditeľa CASUS, Prof. Thomasa D. Kühneho, je kľúčové pritiahnuť špičkové talenty v oblasti kvantových výpočtov a umelej inteligencie. “Som veľmi potešený, že sa Werner Dobrautz rozhodol založiť svoju prvú výskumnú skupinu práve u nás,” uviedol Kühne.

Záver

Nemecko investuje do výskumu, ktorý by mohol priniesť revolúciu v priemyselnej chémii. Hybridný prístup kombinujúci kvantové a klasické výpočty predstavuje praktický spôsob, ako využiť súčasné technológie na riešenie globálnych výziev, ako je udržateľnosť a energetická účinnosť.

Kľúčové body:

• Financovanie: 1,8 milióna eur od nemeckého ministerstva.
• Cieľ: Vývoj udržateľných katalyzátorov na zníženie energetickej náročnosti.
• Metóda: Hybridné výpočty kombinujúce HPC a kvantové počítače.
• Spolupráca: IBM, Wallenberg Centre, Algorithmiq a ďalšie.

Pre viac informácií o kvantovej chémii a jej aplikáciách navštívte Quantum Chemistry na Wikipédii.