Bilim adamları, pratik bir çevre sorununu çözmek için kuantum bilgi işlem teknolojisini kullanmaya çalışıyor: atmosferdeki karbondioksit miktarını azaltmak. Gelişmiş atmosferik karbon yakalama için yararlı amin bileşikleri bulmak üzere bir kuantum bilgisayar algoritması kullanıyorlar.
Bir kuantum hesaplama algoritması, daha verimli karbon yakalama için daha iyi bileşikler belirleyebilir.
Atmosferdeki karbondioksit miktarı, herhangi bir durma veya yavaşlama belirtisi olmaksızın her gün artıyor. Medeniyetin büyük bir kısmı fosil yakıtların yakılmasına bağlıdır ve ikame bir enerji kaynağı geliştirebilsek bile, hasarın çoğu çoktan yapılmıştır. Ortadan kaldırılmadığı takdirde, zaten atmosferde bulunan karbon dioksit yüzyıllar boyunca ortalığı kasıp kavurmaya devam edecek.
Atmosferdeki karbon yakalama, bu soruna olası bir çözümdür. İklim değişikliğinin etkilerini tersine çevirmek için havadaki karbondioksiti çekip kalıcı olarak depolayacaktı. Pratik karbon yakalama teknolojileri, en umut verici olanı, karbon dioksit ile kimyasal olarak bağlanabilen amin adı verilen bir bileşik sınıfını içeren, gelişimin ilk aşamalarındadır. Bu tasarımlarda verimlilik çok önemlidir ve biraz daha iyi bileşiklerin belirlenmesi, milyarlarca ton ek karbondioksitin yakalanmasına yol açabilir.
Karbon dioksit ve amonyak içeren basit bir reaksiyonun moleküler temsilleri . Kredi: Nguyen ve diğerleri.
AIP Publishing tarafından hazırlanan AVS Quantum Science’ta, Ulusal Enerji Teknolojisi Laboratuvarı ve Kentucky Üniversitesi’nden araştırmacılar, amin reaksiyonlarını kuantum hesaplama yoluyla incelemek için bir algoritma kullandılar. Algoritma, karbon yakalama için yararlı amin bileşiklerini daha hızlı bulmak üzere mevcut bir kuantum bilgisayarda çalıştırılabilir.
“Bu [karbon yakalama] işlemi için kullandığımız mevcut amin moleküllerinden memnun değiliz” dedi. yazar Qing Shao. “Bunu yapmak için yeni bir molekül bulmaya çalışabiliriz, ancak bunu klasik bilgi işlem kaynaklarını kullanarak test etmek istiyorsak, bu çok pahalı bir hesaplama olacaktır. Binlerce yeni molekülü ve yapıyı tarayabilen hızlı bir algoritmaya sahip olmayı umuyoruz.”
Bir kimyasal reaksiyonu simüle eden herhangi bir bilgisayar algoritmasının, dahil olan her atom çifti arasındaki etkileşimi hesaba katması gerekir. Dört atomlu en basit amin olan amonyak ile karbon dioksit bağı gibi üç atomlu basit bir molekül bile yüzlerce atomik etkileşime neden olur. Bu sorun, geleneksel bilgisayarların canını sıksa da tam olarak kuantum bilgisayarların üstün geldiği türden bir sorudur.
Ancak, kuantum bilgisayarlar hâlâ gelişmekte olan bir teknolojidir ve bu tür simülasyonları doğrudan işlemek için yeterince güçlü değildir. Grubun algoritmasının devreye girdiği yer burasıdır: Mevcut kuantum bilgisayarların daha büyük molekülleri ve daha karmaşık reaksiyonları analiz etmesine olanak tanır; bu, karbon yakalama gibi alanlardaki pratik uygulamalar için hayati önem taşır.
“Mevcut kuantumu kullanmaya çalışıyoruz. pratik bir çevre sorununu çözmek için bilgi işlem teknolojisi,” dedi yazar Yuhua Duan.
Referans: “Kuantum hesaplama algoritmaları kullanılarak CO2-NH3 etkileşiminin reaksiyon ve titreşim enerjilerinin açıklaması”, Manh Tien Nguyen, Yueh-Lin tarafından yazılmıştır. Lee, Dominic Alfonso, Qing Shao ve Yuhua Duan, 14 Mart 2023, AVS Quantum Science.
DOI: 10.1116/5.0137750