加速量子計算模擬碳捕獲：美國量子公司開發量子計算方法

近日，Quantinuum公司的量子化學團隊與國際能源公司道達爾能源(TotalEnergies)合作研究量子計算機在緩解氣候變化方面的潛在應用。相關研究成果發表于arXiv，為量子計算模擬化學材料鋪平了道路，有助于利用量子計算發現材料，并進一步實現碳捕獲和封存。

 

量子計算方法應用于金屬有機框架的CO2捕獲，圖片來自Quantinuum

 

目前，MOFs材料被積極應用在碳捕獲的研究工作，此類材料能夠以較低的能量需求吸收二氧化碳，具有較大的科學價值。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)結合。此外，MOFs材料可以比作分子的“樂高積木”，即通過多種不同的配置，形成特定的孔隙大小和反應活性。原則上，它們可以用來設計具有特定性能的材料。

 

但以往利用經典計算機來模擬這些材料合成過程，通常會得到不精確的解。

 

因此，團隊利用量子方法克服了傳統方法的一些局限性，包括計算能力和多體系統研究的局限性。他們將碳捕獲和量子計算相結合，開發了一種量子計算方法，能夠將二氧化碳分子與“金屬有機框架”(MOFs)材料相結合。

 

然而，目前的量子計算機受到量子位的數量限制，也很容易因各種干擾出錯，因此模擬像MOFs這樣的復雜材料仍是一項挑戰。對此，團隊使用碎片化策略來分解計算任務，采用了一種結合量子和經典計算的混合方法來進行模擬，這一方法具有魯棒性和通用性。

 

前述工作揭示了量子計算機如何模擬復雜的多體相互作用體系，加深了人們對CO2與MOFs合成系統的理解，有助于利用量子計算機應對氣候變化方面的挑戰。Quantinuum公司首席執行官Ilyas Khan認為“這標志著備受期待的量子化學領域的一個重要里程碑”。