• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik12. 04. 2022 | Heidi Thode

Quantum Computing: Et nyt værktøj for kemi- og biotekniske ingeniører

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik12. 04. 2022 By Heidi Thode

Quantum Computing kan bruges til at studere en bred vifte af emner lige fra katalysatorers reaktivitet til komplekse optimeringer af produktionsanlæg. Teknologien kan således bidrage til udvikling af avanceret og effektiv terapeutik samt udvikling af mere effektive og mere miljømæssigt bæredygtige produktionsanlæg.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2022 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Seyed Soheil Mansouri1, Matrin Peter Andersson1, Izabela Balicka2 og Christian Beenfeldt3

1 Institut for Kemiteknik, DTU
2 AlChE – American Institute of Chemical Engineers, New York
3 Knowledge Hub Zealand

Vi drager nytte af fordelene ved klassiske computere hver dag. Der er imidlertid mange typer af problemer, som – i takt med at de vokser i størrelse, bliver så beregningsmæssigt komplekse, at klassiske computere aldrig vil kunne løse dem. Quantum computing (QC) er en beregningsmodel, der anvender kvantemekaniske materialeegenskaber til at løse sådanne problemer. QC befinder sig på et tidligt stadie af et omfattende indtog i forskellige områder af industrien, hvor der kan drages fordel af de algoritmiske hastighedsforøgelser, som teknologien kan tilbyde. QC kan anvendes inden for en række områder som for eksempel datalogi, matematik, kemisk og biokemisk ingeniørvidenskab og inden for finansindustrien.

Udviklingen af de første kvantecomputere og “quantum advantage”
Kvantecomputere begyndte at vinde indpas i 1982, da fysikeren Richard Feynman holdt et foredrag, hvor han forklarede, at klassiske computere ikke kunne behandle beregninger, der beskriver kvantefænomener, og at der derfor var brug for en QC-metode for at fjerne flaskehalse [1]. I midten af 1990’erne udviklede Peter Shor sin banebrydende algoritme, som beviste, at en kvantecomputer kan beregne primfaktorer af store tal eksponentielt hurtigere end klassiske computere, hvilket illustrerede styrken af denne nye teknologi [2]. I dag er et stigende antal virksomheder, startups og akademiske forskningslaboratorier afhængige af QC for at accelerere udviklingen af nye teknologier. Det forudses, at QC-markedet vil vokse hurtigt over de næste 10 år, især drevet af QC’s anvendelsesmuligheder inden for farma, kemi og biologi.
Nogle af de problemer, som ingeniører i disse industrier skal løse, kræver en enorm stor beregningskapacitet/databehandlingskapacitet på grund af problemernes kompleksitet og størrelse, og de kan derfor ikke løses med klassisk computerteknologi. Udtrykket “quantum advantage” bruges til at beskrive, hvordan kvantecomputere kan anvendes til at løse problemer, som det ville være umuligt at løse med klassiske databehandlingsmetoder/beregningsmetoder. Kvantecomputere anvender sandsynligheder og sammenfiltring på en unik måde, som gør dem til et potentielt særligt nyttigt redskab til at løse mange af de optimeringsproblemer, som man kan støde på inden for natur- og ingeniørvidenskaben.
Kvantecomputere lagrer information i qubits, dvs. kvantebits. I modsætning til klassiske bits, der eksisterer som enten 0 eller 1, eksisterer qubits i superpositioner af 0 og 1 og bruger sammenfiltring og interferens mellem en række af qubits til at løse en beregning med et stort antal udfaldsområder. Når quantum advantage er opnået, anslås det, at en kvantecomputer med kun et par hundrede qubits vil kunne udføre flere beregninger samtidig, end der er atomer i det kendte univers [3]. QC-teknologien har vist sig at have særligt stort potentiale til at løse problemer, som involverer kemi, kunstig intelligens, optimering, simulering, komplekse sammenhænge mellem indbyrdes forbundne elementer samt problemer med store datasæt, der ligger uden for de klassiske computeres skaleringsgrænser [4].

Bidrag til bæredygtighed og optimering i cancerbehandling
QC-værktøjet har også adskillige relevante anvendelsesmuligheder inden for miljø- og biomedicinsk ingeniørvidenskab. Da QC kan bruges til at undersøge katalysatorers reaktivitet, kan oplysningerne fra QC-beregninger hjælpe ingeniører med at erstatte nuværende fremstillingsproceskatalysatorer med katalysatorer, der har en mindre miljøbelastning. For eksempel tegner kemiske katalysatorer, der anvendes i gødningsproduktionen, sig i øjeblikket for to procent af de globale kuldioxid-udledninger og kan potentielt erstattes, hvis vi har de nødvendige værktøjer til at undersøge alternative muligheder [5]. Desuden kan QC hjælpe ingeniører med at afdække billigere og mere effektive katalysatorer til kulstofopsamling end dem, der anvendes i øjeblikket, hvilket kan bidrage til at fremskynde tilpasning til teknologien [6].
Ingeniører inden for biomedicin har påvist, at QC kan have forskellige anvendelsesmuligheder inden for sundhedssektoren som for eksempel udvikling af forbedrede kræftbehandlingsmetoder. Computerne kan for eksempel analysere tusindvis af variabler for at udvikle strålingsplaner, der er rettet mod kræftceller med den ideelle dosis og det ideelle mål uden at skade raske celler [7]. QC er også blevet anvendt til at forstå diagnostiske billeder ved hjælp af maskinlæringsværktøjer. Inden for lægemiddeludvikling kan QC-værktøjer reducere tiden og forbedre resultaterne i forbindelse med “in silico”-lægemiddelforskning [8].
QC-teknologi er allerede ved at blive anerkendt af en række fremtrædende virksomheder. Google har bygget en kvantecomputer, der kan simulere en simpel kemisk reaktion [9]. ExxonMobil udvikler QC-teknologier til optimering af elnet, mere forudsigelig miljømodellering samt nye materialer til kulstofopsamling [10]. De japanske kemivirksomheder JSR og Mitsubishi Chemical har sluttet sig til IBM Q Hub på Keio University for at få adgang til kvantecomputere på 20 og 50 quib, som kan undersøge unikke virksomhedsløsninger [11]. Øget støtte fra private equity og venturekapital har medført, at flere nystartede virksomheder specialiserer sig i at bruge QC-teknologi til en række forskellige formål.

Fremtiden
QC’s potentiale realiseres allerede på tværs af mange forskellige områder, selvom det er en ny teknologi, der befinder sig på et tidligt udviklingsstadie, og som kræver langt mere udvikling med hensyn til hardwarekapacitet, tilpasning af løsningsstrategier for at udnytte anvendelsesmuligheder samt reelt at løse virkelige problemer. I denne sammenhæng er forbindelsen mellem kemisk og biomolekylær produktdesign og QC blevet diskuteret. Kemisk og biomolekylær produktdesign har i vid udstrækning draget nytte af computerunderstøttede metoder og værktøjer ved hjælp af klassiske computere. I forbindelse med produktudvikling af mere bæredygtige processer som for eksempel udvikling af grønne opløsningsmidler, mere effektivt procesdesign, integreret proces-produktdesign samt udvikling af nye lægemidler eller vacciner til en fremtidig pandemi, kan der imidlertid drages fordel af nye beregningsværktøjer som for eksempel QC. Ligesom QC også ser ud til at kunne anvendes inden for procesdesign, -styring og -overvågning.
Der er blevet identificeret adskillige behov og udfordringer, og der er blevet givet specifikke forslag til, hvordan QC kan anvendes i denne sammenhæng [12]. Vi forudser rige muligheder for at udnytte QC til at udvikle og designe mere effektive, økonomiske og bæredygtige produkter og kemiske processer i en ikke så fjern fremtid.

E-mail:
Seyed Soheil Mansouri: seso@kt.dtu.dk

Referencer
1. Gamble S. Quantum Computing: What It Is, Why We Want It, and How We’re Trying to Get It. In: National Academy of Engineering. Frontiers of Engineering: Reports on Leading-Edge Engineering from the 2018 Symposium. Washington (DC): National Academies Press (US); 2019.
2. https://news.mit.edu/2019/mit-professor-peter-shor-wins-micius-quantum-prize-0426.
3. https://www.technologyreview.com/2018/02/21/145300/serious-quantum-computers-are-finally-here-what-are-we-going-to-do-with-them/.
4. https://www.ibm.com/downloads/cas/8QDGKDZJ.
5. https://karmaimpact.com/quantum-computers-harnessed-to-solve-climate-change-may-be-on-the-horizon/#:~:text=Quantum%20computers%20will%20help%20the,CO2%20emissions%2C%20expert%20tells%20panel.
6. https://www.weforum.org/agenda/2019/12/quantum-computing-applications-climate-change/.
7. Solenov, D. The Potential of Quantum Computing and Machine Learning to Advance Clinical Research and Change the Practice of Medicine. Mo Med. 2018, 115(5): 463-467.
8. https://cen.acs.org/business/informatics/Lets-talk-quantum-computing-drug/98/i35.
9. Savage, N. Googles Quantum Computer Achieves Chemistry Milestone. Scientific American; 2020 Sept 4.
10. IBM.
11. IBM.
12. Andersson, M.P., Jones, M.N, Mikkelsen, K., Fengqi, Y., Mansouri, S.S. Quantum computing for chemical and biomolecular product design. Current Opinion in Chemical Engineering, 2022, 36, 100754.

BOKS:
Vi finder følgende områder inden for kemisk produkt-procesdesign relevante i forhold til at bruge QC-metoder fremover:

• Hybride QC-metoder. Disse vil sandsynligvis komme til at spille en vigtig rolle, da mange multivariable problemer vil blive løst optimalt ved hjælp af en kombination af “dyre” QC-ressourcer og “billige” klassiske databehandlingsressourcer. Front-end-applikationer, der kan optimere forholdet mellem QC og klassiske databehandlingsressourcer, vil sandsynligvis også være nyttige, såvel som understøttende trænings- og uddannelsesinitiativer vil komme til at spille en vigtig rolle.

• Identificering af optimeringsudfordringer. Identificering af relevante udfordringer, der kan anses som optimeringsudfordringer, og som kan løses med kvantecomputere. QC skal ikke erstatte alle eksisterende former for beregninger.

• Anvendelse af QC i kombination med maskinlæringsmetoder. Anvendelse af QC (hybrid eller ”stand-alone”) kombineret med maskinlæringsmetoder kan give betydelige fordele ved udvikling af multivariable statistiske procesovervågnings- og fejldiagnosesystemer.

• Computerbaseret modellering af kvantemekaniske systemer som for eksempel molekyler, herunder forudsigelser af molekylers egenskaber, struktur og reaktivitet, vil sandsynligvis blive meget mere præcis ved hjælp af QC, hvilket vil få direkte indflydelse på områder som for eksempel opdagelse af lægemidler og design af kemiske specialmaterialer.

BOKS:
AIChE var sammen med DTU Kemiteknik og Knowledge Hub Zealand vært for workshoppen “Quantum Computing Applications in Chemical and Biochemical Engineering Workshop” (http://www.aiche.org/qc) der blev afholdt den 1.-3. april 2022 i København. Workshoppen var finansieret af Novo Nordisk Foundation.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

Analytisk kemiArtikler fra Dansk KemiTop09. 05. 2025

Advances in chemical ionization mass spectrometry can improve our understanding of atmospheric composition. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Varun Kumar, Institut for

Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi02. 05. 2025

Oldgamle CO2-ædende mikroorganismer kan fange CO2 direkte fra skorstensrøg og omdanne kulstoffet til grønne molekyler. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mads Ujarak Sieborg1 og

Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø28. 04. 2025

Tilstedeværelsen af PFAS-forbindelser skyldes ikke kun lokale kilder, men de kan langtransporteres i luften til selv meget fjerntliggende arktiske egne. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

AktueltMedicinalkemi21. 04. 2025

I dag er det frem med nålen, hvis man er i behandling med diverse former for fedme-medicin. Det hæmmer imidlertid udbredelsen på specielt asiatiske og afrikanske markeder, hvor der er en udtalt nålefobi. Derfor arbejder det danskstiftede biotekselskab Pila Pharma med at få udvikle deres

Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

AktueltBioteknologiFødevarekemi07. 04. 2025

NitroVolt, en dansk biotech-virksomhed, vil vende produktionen af ammoniak på hovedet. I stedet for den velkendte løsning, der bygger på den energitunge Haber-Bosch-proces, vil produktionen nu foregå i en container, der fx kan stå direkte ude hos en landmand. Ammoniak til kunstgødning er en slags

En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi01. 04. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2024 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Læs originalartiklen her Nomenklaturudvalget får indimellem henvendelser om dansk kemisk nomenklatur fra de oversættere i EU, hvis opgave det er at oversætte EU-lovgivning på

Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

AktueltEnergi31. 03. 2025

Efter en byggeperiode på omkring to år, er BASF nye 54 megawatt elektrolyseanlæg blevet indviet. Udover at være Tyskland største, med en kapacitet til at producere op til 8.000 ton grøn brint årligt, skriver det også historie på et andet område. Brinten skal primært anvendes som råmateriale i

Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

AktueltBranchenyt31. 03. 2025

Danske virksomheder er fortsat nogle af de mest aktive i Europa til at innovere. Det viser nye tal fra Den Europæiske Patentmyndighed, EPO, som udsteder patenter, der kan dække i op til 45 lande. Vestas, Novozymes og Danmarks Tekniske Universitet har leveret de største bidrag til, at Danmark kan

Ny grundbog tager studerende på videregående uddannelser ind i den basale kemi

Branchenyt26. 03. 2025

Hvad er kemi? Hvad er de teoretiske perspektiver ved kemi? Og hvordan påvirker kemi vores hverdagsliv? Det er udgangspunktet for en ny grundbog til de studerende på de videregående uddannelser, som giver en introduktion til almen, uorganisk og organisk kemi. Bogen gennemgår, hvordan stoffer,

Nedrivningsarbejdere i kontakt med PCB slipper med skrækken – kun lave niveauer i blodet

Arbejdsmiljø/IndeklimaKlima og miljø25. 03. 2025

Ingen alarm, men hold fokus på sikkerhed og hygiejne. Den besked blev givet til 62 medarbejdere, som forskere fra Det Nationale Forskningscenter for Arbejdsmiljø (NFA) har fulgt over to år. Forskerne har undersøgt niveauerne af miljøgiften PCB i blodet hos nedrivere, der blandt andet har arbejdet

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Ved du, hvornår det er tid til at vedligeholde, udskifte eller flytte dit opsamlingskar?

  • DENIOS ApS

    3 sikkerhedsfunktioner, du skal kigge efter på dit opsamlingskar

  • Holm & Halby

    VidensDage 2025: To dage i videnskabens og fremtidens tegn

  • Holm & Halby

    Holm & Halby deltager i Europe Biobank Week 2025

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    LabDays – Almost sold out

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch på IFFA 2025: Vacuum Diagnostics til intelligente vakuumløsninger til kødforarbejdning

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    NYHED: IKA er tilbage med IKA Specials tilbudsavis

  • DENIOS ApS

    Glemmer du service? Her er konsekvenserne

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuumsystemer: En guide til turn-key projekter

  • DENIOS ApS

    Tid til serviceeftersyn?

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    09.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    02.05.2025

  • Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

    28.04.2025

  • Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

    21.04.2025

  • Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

    07.04.2025

  • En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

    01.04.2025

  • Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

    31.03.2025

  • Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

    31.03.2025

  • Ny grundbog tager studerende på videregående uddannelser ind i den basale kemi

    26.03.2025

  • Nedrivningsarbejdere i kontakt med PCB slipper med skrækken – kun lave niveauer i blodet

    25.03.2025

  • Styrkelse af nyfundet gen kan gøre kartoflen resistent over for svampeangreb

    24.03.2025

  • Fra forskning i nanosikkerhed til mere sikker håndtering af nanomaterialer i det danske arbejdsmiljø

    21.03.2025

  • Dansk forbud mod PFAS er lige på trapperne – indsigelsesfrist mod 2024-aftale er overskredet

    20.03.2025

  • Flere elbiler og mindre ammoniak kan nu måles i en form af en bedre luftkvalitet

    19.03.2025

  • Forskere står bag hybridost med 25 procent ærteprotein – men med samme smag og tekstur

    18.03.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik