論文の概要: A Quantum Computing Approach to Simulating Corrosion Inhibition
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.00951v1
- Date: Sun, 01 Dec 2024 20:03:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-04 15:41:15.365510
- Title: A Quantum Computing Approach to Simulating Corrosion Inhibition
- Title（参考訳）: 腐食抑制シミュレーションのための量子コンピューティング手法
- Authors: Karim Elgammal, Marc Maußner,
- Abstract要約: 本研究は,アルミニウム表面の腐食抑制機構を解明するためのハイブリッド量子古典計算法の体系的実装を示す。
本稿では,密度汎関数理論(DFT)と量子アルゴリズムを有効空間埋め込み方式で組み合わせた統合ワークフローを提案する。
古典的DFT計算に対するベンチマークによるADAPT-VQEアルゴリズムは,1,2,4-トリアゾールと1,2,4-トリアゾール-3-チオールの結合エネルギー-0.386 eVと-1.279 eVを達成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: This work demonstrates a systematic implementation of hybrid quantum-classical computational methods for investigating corrosion inhibition mechanisms on aluminum surfaces. We present an integrated workflow combining density functional theory (DFT) with quantum algorithms through an active space embedding scheme, specifically applied to studying 1,2,4-Triazole and 1,2,4-Triazole-3-thiol inhibitors on Al111 surfaces. Our implementation leverages the ADAPT-VQE algorithm with benchmarking against classical DFT calculations, achieving binding energies of -0.386 eV and -1.279 eV for 1,2,4-Triazole and 1,2,4-Triazole-3-thiol, respectively. The enhanced binding energy of the thiol derivative aligns with experimental observations regarding sulfur-functionalized inhibitors' improved corrosion protection. The methodology employs the orb-d3-v2 machine learning potential for rapid geometry optimizations, followed by accurate DFT calculations using CP2K with PBE functional and Grimme's D3 dispersion corrections. Our benchmarking on smaller systems reveals that StatefulAdaptVQE implementation achieves a 5-6x computational speedup while maintaining accuracy. This work establishes a workflow for quantum-accelerated materials science studying periodic systems, demonstrating the viability of hybrid quantum-classical approaches for studying surface-adsorbate interactions in corrosion inhibition applications. In which, can be transferable to other applications such as carbon capture and battery materials studies.
- Abstract（参考訳）: 本研究は,アルミニウム表面の腐食抑制機構を解明するためのハイブリッド量子古典計算法の体系的実装を示す。
本研究では,Al111表面上の1,2,4-トリアゾールおよび1,2,4-トリアゾール-3-チオールインヒビターの研究において,量子アルゴリズムと密度汎関数理論(DFT)を組み合わせた統合ワークフローを提案する。
本実装では,従来のDFT計算に対して,1,2,4-Triazole と1,2,4-Triazole-3-thiol の結合エネルギー-0.386 eV と-1.279 eV をベンチマークした ADAPT-VQE アルゴリズムを活用する。
チオール誘導体の高結合エネルギーは、硫黄官能化阻害剤の耐食性向上に関する実験的観察と一致した。
この手法は、高速な幾何最適化のためにorb-d3-v2機械学習ポテンシャルを使用し、CP2KとPBE関数を用いた正確なDFT計算とGrimmeのD3分散補正を用いる。
小型システムのベンチマークでは,StatefulAdaptVQE実装が精度を維持しながら5～6倍の高速化を実現していることが明らかとなった。
この研究は、周期系を研究する量子加速材料のためのワークフローを確立し、腐食防止応用における表面-吸着相互作用を研究するためのハイブリッド量子-古典的アプローチの可能性を実証する。
炭素捕獲や電池材料の研究など他の応用にも応用できる。
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