Quantencomputing für Chemiker Hybrides Quantencomputing pusht chemische Prozesse

Evonik und Terra Quantum setzten auf das hybride Quantencomputing, um die Produktion in der chemischen Industrie per T-Mixer zu optimieren.

Terra Quantum, ein führender Quantentechnologieexperte, hat mit Evonik Anwendungsfälle, Verfahren und Optimierungsmöglichkeiten in der Spezialchemie untersucht. Im Rahmen der Kooperation hat das Unternehmen einen Software-Prototypen entwickelt, der die Leistungsfähigkeit von sogenannten T-Mixern verbessert, wie es weiter heißt. Die Kooperation mit Evonik unterstreiche, dass mit der fortschreitenden Weiterentwicklung von Quantentechnologien Erstanwender schon heute und nicht nur in die Zukunft blickend Wettbewerbsvorteile erzielen könnten. Das sogenannte hybride Quantencomputing hilft dabei. Dieses Vorgehen heißt hybrid, weil dabei ein klassischer Computer mit einem Quantencomputer zusammenarbeitet, um Probleme effektiver zu lösen.

Das gemeinsame Projekt konzentrierte sich, wie bereits erwähnt, auf die Simulation und die Designoptimierung von T-förmigen Mixern. Diese Systeme stünden damit stellvertretend für komplexere Produktionseinheiten. T-Mixer kommen etwa bei Mischverfahren von Chemikalien zum Einsatz. Ihre spezifischen Formparameter müssen jedoch – je nach der chemischen Reaktion für die sie verwendet werden – fein eingestellt und justiert werden, erklären die Partner. Und heutige Optimierungsprozesse diesem Bereich basierten noch auf dem „Trial and Error“-Prinzip, wofür sowohl echte als auch auch virtuelle Prototypen eingesetzt würden. Doch das kostet Zeit und Geld. Es geht aber auch anders.

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Neuartiger „Tensor Train“-Ansatz revolutioniert die chemische Industrie

Der neu entwickelte „Tensor Train“-Ansatz eignet sich nun für hoch dimensionale „Black Box“-Optimierungsprobleme. Er funktioniere wie eine „intelligente“ Rastersuche. Speziell für die Optimierung der T-Mixerform führe er überlegen schneller zu Ergebnissen als der herkömmliche Bayes‘sche Ansatz. Die verwendete Formoptimierung und die Strömungssimulation (Computational Fluid Simulation – CFD) werden dabei außer bei der chemischen Produktion unter anderem auch im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie, in der Materialwissenschaft genutzt. Die Forschungsarbeiten zur Simulation und Optimierung gelten als eine weitere wichtige Etappe bei der Anwendung des Quantencomputings in der chemischen Industrie. Die Ergebnisse veranschaulichten bereits das enorme Potenzial der Quantentechnologie, das für die kommenden 10 Jahren erwartet werden könne. Die Leistungsfähigkeit der Technologie wird demnach neue Maßstäbe setzen und alle Aspekte der Industrie verändern, sind sich die Experten sicher. Die Ansätze der Tensor Networks und des maschinellen Lernens sind vollkommen neu und wurden in diesem Zusammenhang weltweit erstmalig angewendet, wie betont wird.

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Software-Prototyp liefert bessere Ergebnisse viel schneller

Aus diesem Grund habe das Forschungsteam von Terra Quantum zur Arbeit mit Evonik bereits drei wissenschaftliche Arbeiten verfasst. Evonik merkt dazu an, dass die Zusammenarbeit mit Terra Quantum es ermöglicht hat, den potenziellen, aktuellen und zukünftigen Nutzen von Quantencomputing für bestimmte Anwendungsfälle bei sich zu verstehen. Der jetzt entwickelte Software-Prototyp sei vielversprechend, weil er nicht nur schnellere sondern auch bessere Ergebnisse liefere. Jetzt untersuchen die Experten, wie die wirtschaftlichen Vorteile dieser Erkenntnisse für weitere Anwendungsfälle genutzt werden können. Der Prototyp von Terra Quantum ist übrigens mit der CFD-Software von Evonik kompatibel. Terra Quantum und Evonik sondieren derzeit mögliche gemeinsame nächste Schritte.

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