材料科学的未来：量子计算机正在彻底改变研究！

材料科学的未来：量子计算机正在彻底改变研究！

材料科学被认为是能源转型、3D 打印和量子计算等未来关键项目的关键学科。为了推进该领域的数字化，自2019年起启动了“材料数字平台”，主要由卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）协调。该平台的主要目标是系统化、标准化地处理材料数据，以显着改进其处理方式。这些努力得到了联邦教育、研究和技术部 (BMFTR) 的支持。

该联合项目的第三期融资将于2025年10月开始，将在截至2028年9月的三年内提供310万欧元的融资。KIT将承担IT架构和工作流程领域的核心任务，并运营该平台的办公室。另外值得注意的是，MaterialDigital 的工作得到了国际认可，它不仅受到德国的关注，还受到欧盟委员会的关注，该委员会计划为欧洲数字材料科学创建基础设施。贸易杂志先进工程材料还发表了有关 MaterialDigital 的结果和方法的特刊。

量子计算的进步

与此同时，量子计算机在材料科学中的应用也正在大量开展。 QuantiCoM 项目由德国航空航天中心 (DLR) 与多个合作伙伴合作开展，弥合了理论原理与实际应用之间的差距。该项目持续时间从2022年11月延长至2026年10月，目标是开发能够更快发现和开发工业应用材料的工具。

一个核心方面是通过集成量子力学效应（例如叠加和纠缠）来计算原子系统中的相互作用，从而改进材料工程。消费者和公司可以从这项研究中受益，因为新材料的开发时间可以显着缩短。专为噪声中级量子 (NISQ) 计算机而开发的创新算法也发挥了作用。

合作与出版物

德国航天中心三个研究所之间的合作确保了金属材料、液体分子动力学和电池系统量子力学领域的知识的汇集。量子研究的最新进展包括识别具有潜在量子优势的材料系统以及对简单化合物进行质量控制模拟。这项研究与创新型回收合金的开发以及内燃机废料的工业利用特别相关。

这项深入研究工作的结果已记录在各种出版物中。一个例子是最近发表的关于变分量子本征解算器中的无梯度优化和费米子量子模拟策略的工作。

通过分析费米-哈伯德模型等模型，可以更深入地了解材料中的电子相互作用。使用噪声量子计算机可以比经典计算机更快地模拟复杂的量子系统。变分量子算法 (VQA) 的进展表明，研究准备最佳初始状态对于成功使用量子力学算法至关重要。

总的来说，MaterialDigital 计划和 QuantiCoM 的研究都代表了材料科学数字化的重要步骤，可以从最先进技术的使用中获益匪浅。科研机构和工业合作伙伴之间的持续合作对于该学科的未来以及释放材料研究新潜力的可能性至关重要。