論文の概要: Applicability of Quantum Computing to Oxygen Reduction Reaction
Simulations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.15823v1
- Date: Fri, 28 Jul 2023 21:49:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-01 19:13:14.209092
- Title: Applicability of Quantum Computing to Oxygen Reduction Reaction
Simulations
- Title（参考訳）: 量子計算の酸素還元反応シミュレーションへの適用性
- Authors: Cono Di Paola, Evgeny Plekhanov, Michal Krompiec, Chandan Kumar,
Fengmin Du, Daniel Weber, Jasper Simon Krauser, Elvira Shishenina and David
Mu\~noz Ramo
- Abstract要約: 本研究では,白金および白金を担持したコバルト表面における電気触媒的酸素還元反応(ORR)の古典的・量子的研究を行った。
InQuantosupertextscript(TM)に実装されたそのようなワークフローの実現可能性を示し、H1-1トラップイオン量子コンピュータ上でそれを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0692996312646765
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Hydrogen is considered a promising energy source for low-carbon and
sustainable mobility. However, for wide scale adoption, improvements in the
efficiency of hydrogen-to-electricity conversion are required. The kinetics of
the electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR) is the main bottleneck of
proton-exchange membrane fuel cells (PEMFC), hence development of new cathode
materials is of paramount importance. Computational design of new catalysts can
shorten the development time, but, due to the complexity of the ORR potential
energy landscape, atomistic-level modeling of this processes is challenging.
Moreover, the catalytic species may exhibit strong electronic correlations,
which cannot be rigorously and accurately described with low-cost methods such
as Density Functional Theory (DFT). Accurate ab-initio methods have been
traditionally considered not applicable to such systems due to their high
computational cost, but this soon may be possible thanks to the rapid advances
in quantum computing.
Here, we present the first classical/quantum computational study of the ORR
on both pure platinum and platinum-capped cobalt surface and show the
applicability of quantum computing methods to a complex catalysis problem. We
show the feasibility of such a workflow implemented in
InQuanto\textsuperscript{(TM)} and demonstrate it on the H1-1 trapped-ion
quantum computer. Most importantly, we show that ORR on Pt/Co catalyst involves
strongly-correlated species which are good test cases for future demonstration
of quantum advantage.
- Abstract（参考訳）: 水素は低炭素で持続可能な移動手段として有望なエネルギー源であると考えられている。
しかし, 大規模導入には水素から電気への変換効率の向上が必要である。
電解酸素還元反応(ORR)の速度論は、プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)の主要なボトルネックであり、新しい陰極材料の開発が最重要である。
新しい触媒の計算設計は開発時間を短縮することができるが、ORRポテンシャルエネルギー景観の複雑さのため、このプロセスの原子レベルのモデリングは困難である。
さらに、触媒種は強い電子相関を示し、密度汎関数理論(DFT)のような低コストの手法では厳密かつ正確に説明できない。
正確なab-initio法は、計算コストが高いため、伝統的にそのようなシステムには適用できないと考えられてきたが、量子コンピューティングの急速な進歩により、すぐに可能かもしれない。
そこで本研究では, 純白金および白金被覆コバルト面上のorrの古典的・量子論的計算を行い, 複雑な触媒問題に対する量子計算法の適用性を示す。
inquanto\textsuperscript{(tm)} で実装されたそのようなワークフローの実現可能性を示し、h1-1 トラップイオン量子コンピュータで実証する。
最も重要なことは、Pt/Co触媒上のORRは、将来の量子優位性の実証のための良い試験ケースである強相関種を含むことを示す。
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