Esta colaboração usará a computação quântica para tornar a fabricação mais sustentável

On segunda-feiraA Covestro, fabricante de polímeros com sede na Alemanha, anunciou um acordo de colaboração de 5 anos com a QC Ware, desenvolvedora de software de computação quântica com sede em São Francisco. Juntas, as empresas trabalharão para desenvolver algoritmos de computação quântica que possam melhorar os processos e materiais de fabricação da Covestro.

“Estamos totalmente convencidos de que a tecnologia da computação quântica dará aos químicos computacionais um impulso decisivo no futuro”, diz Torsten Heinemann, chefe de inovação do grupo da Covestro.

A fabricação química e a ciência dos materiais são indústrias em que mudanças microscópicas em sistemas microscópicos podem ter grandes impactos no desenvolvimento em macroescala. Os químicos computacionais trabalham duro para definir estruturas microscópicas em, por exemplo, um painel solar, até o nível de como os elétrons se movem através dele. Mudanças sutis nessa infraestrutura podem significar ganhos percentuais em eficiência que podem gerar megawatts a mais de energia de uma usina de energia solar a cada ano. Da mesma forma, uma diferença de algumas moléculas em um catalisador para uma reação química pode significar que a reação pode ocorrer a uma temperatura alguns graus mais baixa – o que poderia economizar milhares ou até milhões de dólares em custos para os fabricantes.

Mas o desafio dessa química é que ela precisa ser feita no nível quântico, onde a matemática é tão complexa que até os supercomputadores têm dificuldade em processar os números. Isso cria uma compensação em que ser capaz de projetar materiais ou processos em tempo hábil significa simplificar modelos matemáticos e aproximar sistemas quânticos. Quanto mais simplificado o modelo, mais rápido os computadores podem processá-lo – mas a um custo de qualidade ou eficiência de fabricação.

É aí que entra a computação quântica. Como esses sistemas aproveitam os processos quânticos para criar poder computacional, eles têm o potencial de simular química sem aproximação. “A química quântica é extremamente natural de se fazer em um computador quântico”, explica Rob Parrish, chefe de simulações de química da QC Ware (e ex-aluno do 2015 Forbes Lista de Ciências com menos de 30 anos). “E a razão é que você está tentando fazer um doppelganger de um sistema quântico em outro sistema quântico. Então mapeia muito bem.”

Covestro e QC Ware passaram o ano passado em parceria para desenvolver uma prova de conceito para modelar os tipos de reações que produzem moléculas em aplicações industriais. Este trabalho resultou em dois artigos, um que mostra novas técnicas que permitem a simulação usando menos recursos de computação quântica, e outro desenvolvendo uma nova maneira de calcular gradientes de energia. Esses gradientes são usados ​​para simular processos químicos úteis pelos fabricantes.

Ragora, o hardware de computação quântica existente não é capaz de executar algumas das grandes simulações nas quais as duas empresas estão interessadas, diz Parrish. Mas a colaboração visa ter o software e os algoritmos prontos para o dia em que for.

“A iniciativa que estabelecemos para fazer isso é: em cinco anos, implantar isso no melhor computador quântico de curto prazo que existe no momento”, acrescenta. “E isso é algo que terá muitos fluxos de pesquisa individuais dentro dele.”

Heinemann explica que, no curto prazo, a Covestro espera aplicar essas novas técnicas aos seus processos de fabricação química que dependem de reações catalíticas, que devem ser mais fáceis de simular com hardware quântico que está sendo desenvolvido agora e pode estar disponível dentro de alguns anos. Ao aprimorar esses tipos de química, a Covestro espera ter um processo mais eficiente e que produza menos resíduos. “Isso significa mais produção, maior qualidade das reações químicas nos produtos que estamos gerando e menor consumo de energia nas usinas”, acrescenta.

Um segundo projeto que a Covestro e a QC Ware analisarão é a possibilidade de circularidade de fabricação. A empresa espera que haja mais legislação globalmente voltada para possibilitar que polímeros e outros materiais sejam reciclados de volta aos seus componentes originais, em vez de serem despejados em aterros sanitários ou queimados. “Também achamos que a computação quântica aqui pode ser um facilitador fundamental”, diz Heinemann.

In prazo mais longo, ambas as empresas acreditam que, à medida que o hardware de computação quântica amadurecer, será capaz de conduzir simulações mais sofisticadas que criam novas possibilidades para a fabricação de produtos. Para Covestro, uma oportunidade está no campo das energias renováveis, onde a computação quântica pode ajudar a projetar melhores painéis solares e sistemas de bateria. Para a QC Ware, isso significa desenvolver software e algoritmos quânticos que podem ser vendidos para outros fabricantes de materiais e também fornecer uma base para outras aplicações, como descoberta de medicamentos.

“Temos esse acordo mutuamente benéfico em que, para eles, eles podem se atualizar em informações quânticas e computação quântica e podem usar internamente a tecnologia para desenvolver produtos que vendem no mercado”, diz o cofundador e CEO da QC Ware. Matt Johnson.

“Acho que essa parceria e colaboração com a QC Ware está mostrando como funciona a pesquisa e o desenvolvimento em redes globais”, acrescenta Heineman. “Isso significa que estamos reunindo a experiência certa e adaptamos nossas colaborações para impulsionar o propósito comum.”