Německo podporuje výzkum kvantové chemie pro udržitelné katalyzátory
Německo se stává lídrem v oblasti výzkumu kvantové chemie, která má potenciál výrazně snížit energetickou náročnost průmyslových procesů. V rámci programu Quantum Future německé Ministerstvo školství a výzkumu poskytlo finanční podporu ve výši 1,8 milionu eur (přibližně 1,87 milionu dolarů) projektu qHPC-GREEN, vedenému Dr. Wernerem Dobrautzem. Tento projekt se zaměřuje na využití kvantových počítačů a vysokovýkonných výpočetních systémů (HPC) pro vývoj udržitelných katalyzátorů.
Proč je kvantová chemie důležitá?
Kvantová chemie studuje chování elektronů v molekulách, což je klíčové pro pochopení chemických reakcí. Tradiční výpočetní metody často selhávají při modelování silných elektronových korelací, které jsou typické pro malé kvantové systémy, jako je například enzym nitrogenáza, zodpovědný za biologickou fixaci dusíku. Právě tato reakce je zásadní pro výrobu hnojiv, ale její průmyslová verze je velmi energeticky náročná.
Dr. Dobrautzův tým používá hybridní přístup, který kombinuje klasické HPC pro slabě korelované oblasti a kvantové výpočty pro silně korelované oblasti. Tato metoda umožňuje efektivně využívat současné kvantové počítače s omezeným počtem qubitů.
Udržitelné katalyzátory a jejich potenciál
Katalyzátory jsou látky, které urychlují chemické reakce, aniž by se samy spotřebovávaly. Biokatalyzátory, inspirované přírodními procesy, mají potenciál výrazně snížit energetickou náročnost a emise v průmyslové výrobě. Porozumění kvantovým vlastnostem těchto katalyzátorů by mohlo vést k vývoji nových, efektivnějších materiálů.
Spolupráce a infrastruktura
Projekt qHPC-GREEN spolupracuje s řadou předních institucí, včetně IBM Research Zurich, Wallenberg Centre for Quantum Technology ve Švédsku a finské softwarové společnosti Algorithmiq. Výpočty budou prováděny na superpočítačích JUWELS ve Forschungszentrum Jülich a na kvantové infrastruktuře JUNIQ.
Podle ředitele CASUS, Prof. Thomase D. Kühneho, je klíčové přitáhnout špičkové talenty v oblasti kvantových výpočtů a umělé inteligence. “Jsem velmi potěšen, že se Werner Dobrautz rozhodl založit svou první výzkumnou skupinu právě u nás,” uvedl Kühne.
Závěr
Německo investuje do výzkumu, který by mohl přinést revoluci v průmyslové chemii. Hybridní přístup kombinující kvantové a klasické výpočty představuje praktický způsob, jak využít současné technologie k řešení globálních výzev, jako je udržitelnost a energetická účinnost.
Klíčové body:
- Financování: 1,8 milionu eur od německého ministerstva.
- Cíl: Vývoj udržitelných katalyzátorů pro snížení energetické náročnosti.
- Metoda: Hybridní výpočty kombinující HPC a kvantové počítače.
- Spolupráce: IBM, Wallenberg Centre, Algorithmiq a další.
Pro více informací o kvantové chemii a jejích aplikacích navštivte Quantum Chemistry na Wikipedii.