• 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

Sulfitter. Sulfo. Sulfonater og sulfater. Sulfa. Sulfy. Sulfider. Sulfan

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemiTop15. 09. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Hvad er fælles for indholdet af de to flasker på billedet? Der er svovlforbindelser i begge, og i begge giver de pågældende forbindelser lidt

Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

BranchenytTop10. 09. 2025

Lige fra morgenstunden stod de første besøgende klar til at komme ind på LabDays messen, der i år afholdes i smilets by, Aarhus. Her kunne de finde oplagte udstillere, der gennem messens to dage står klar til at præsentere deres produkter, der inkluderer alt indenfor laboratorieverdenen. Der ud

Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

AktueltArtikler fra Dansk Kemi03. 09. 2025

Fra myten om den heroiske beregning til realistiske simuleringer af elektronoverførsel i åbne systemer med hukommelse. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Lea K. Northcote1,2 og

Grøn kemi, affald og plast

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling26. 08. 2025

Grøn kemi – læren om hvordan kemi udføres bæredygtigt og sikkert – bliver kun vigtigere. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Christine Brænder Almstrup og Mikael Bols, Kemisk

Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiokemiBioteknologiMedicinalkemi20. 08. 2025

Riboflavin er et essentielt vitamin, der spiller en nøglerolle for vores sundhed samt for at opretholde et sundt tarmmikrobiom. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Emmelie Joe

Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiologi12. 08. 2025

Spredning af antibiotikaresistens kan ske via mineraloverflader. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Karina Krarup Svenninggaard Sand, associate professor, Globe Institute,

Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi04. 08. 2025

Et afsluttet ph.d.-projekt fra Institut for Fødevarer ved Aarhus Universitet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Julie Frost Dahl*, Sandra Beyer Gregersen og Milena Corredig,

Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi23. 06. 2025

Franz Hofmeister opløste æggehvide i vandige saltopløsninger. En artikel fra 1888 beskriver, hvordan nogle ioner får proteiner til at udfælde, mens andre ioner har den modsatte effekt. Fødevarekemien bruger stadig Hofmeister, men langt mere nuanceret. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3,

Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi17. 06. 2025

Hvis kløvergræs skal kunne anvendes som ny ressource til udvinding af fødevareproteiner, kan membranteknologi være vejen frem. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mette Lübeck, Mads

Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi09. 06. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I år fejrer man internt i IUPAC 20-året for offentliggørelsen af The Red Book (i det følgende blot "RB2005") med anbefalinger vedrørende

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Sådan får du op til 50 % mere lagerkapacitet

  • Holm & Halby

    VidensDage 2025: To dage med viden, visioner og værdi

  • Holm & Halby

    LAF kabinetter: Er du rustet til den nye EN12469 / Annex 1

  • Drifton

    Mød Drifton og DACOS på LabDays 2025 i Aarhus

  • DENIOS ApS

    Hvordan håndterer du noget, du ikke kan se?

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Vægtbytte er blevet opdateret: Nu får du flere muligheder

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Vacuum Solutions fremviser avancerede produkter fra Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions på LabDays

  • Dansk Laborant-Forening/HK

    LABORANTER CAND.ALT.

  • Kem-En-Tec Nordic

    Lad os fortsætte traditionen – vi ses på LabDays!

  • DENIOS ApS

    Ses vi på HI-messen?

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Sulfitter. Sulfo. Sulfonater og sulfater. Sulfa. Sulfy. Sulfider. Sulfan

    15.09.2025

  • Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

    10.09.2025

  • Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

    03.09.2025

  • Grøn kemi, affald og plast

    26.08.2025

  • Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

    20.08.2025

  • Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

    12.08.2025

  • Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

    04.08.2025

  • Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

    23.06.2025

  • Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

    17.06.2025

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

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

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

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