加速量子计算模拟碳捕获：美国量子公司开发量子计算方法

近日，Quantinuum公司的量子化学团队与国际能源公司道达尔能源(TotalEnergies)合作研究量子计算机在缓解气候变化方面的潜在应用。相关研究成果发表于arXiv，为量子计算模拟化学材料铺平了道路，有助于利用量子计算发现材料，并进一步实现碳捕获和封存。

量子计算方法应用于金属有机框架的CO2捕获，图片来自Quantinuum

目前，MOFs材料被积极应用在碳捕获的研究工作，此类材料能够以较低的能量需求吸收二氧化碳，具有较大的科学价值。由于MOFs这一合成材料是多孔的，这使得它们能够与二氧化碳分子(CO2)结合。此外，MOFs材料可以比作分子的“乐高积木”，即通过多种不同的配置，形成特定的孔隙大小和反应活性。原则上，它们可以用来设计具有特定性能的材料。

但以往利用经典计算机来模拟这些材料合成过程，通常会得到不精确的解。

因此，团队利用量子方法克服了传统方法的一些局限性，包括计算能力和多体系统研究的局限性。他们将碳捕获和量子计算相结合，开发了一种量子计算方法，能够将二氧化碳分子与“金属有机框架”(MOFs)材料相结合。

然而，目前的量子计算机受到量子位的数量限制，也很容易因各种干扰出错，因此模拟像MOFs这样的复杂材料仍是一项挑战。对此，团队使用碎片化策略来分解计算任务，采用了一种结合量子和经典计算的混合方法来进行模拟，这一方法具有鲁棒性和通用性。

前述工作揭示了量子计算机如何模拟复杂的多体相互作用体系，加深了人们对CO2与MOFs合成系统的理解，有助于利用量子计算机应对气候变化方面的挑战。Quantinuum公司首席执行官Ilyas Khan认为“这标志着备受期待的量子化学领域的一个重要里程碑”。