論文の概要: Quantum Computing in Corrosion Modeling: Bridging Research and Industry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.07933v1
- Date: Tue, 10 Dec 2024 21:28:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-12 14:01:15.427814
- Title: Quantum Computing in Corrosion Modeling: Bridging Research and Industry
- Title（参考訳）: 腐食モデリングにおける量子コンピューティング : ブリッジ研究と産業
- Authors: Juan Manuel Aguiar Hualde, Marek Kowalik, Lian Remme, Franziska Elisabeth Wolff, Julian van Velzen, Rene Bottcher, Christian Weimer, Jasper Krauser, Emanuele Marsili,
- Abstract要約: 腐食は、様々な産業における製品の寿命と信頼性に大きな課題をもたらす。
腐食過程の原子論的シミュレーションに適したハイブリッド量子古典ワークフローを開発し,実証する。
我々は、量子コンピュータがこれらの問題に取り組む上で、いつ、どのように重要な役割を果たすかを評価するために、詳細な量子リソース推定を行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Corrosion presents a major challenge to the longevity and reliability of products across various industries, particularly in the aerospace sector. Corrosion arises from chemical processes occurring on an atomistic scale, which lead to macroscopic degradation. Addressing this issue requires multi-scale modeling approaches, which rely on microscopic parameters that are challenging to measure experimentally or model with conventional quantum chemistry techniques. In this work, we develop and demonstrate a hybrid quantum-classical workflow tailored for atomistic simulations of corrosion processes, with a specific focus on the initial step of the oxygen reduction reaction -- a critical trigger for the corrosion of aluminum alloys widely used in modern aircraft. Using a combination of classical quantum chemistry methods and quantum computing frameworks, we identify reaction geometries characterized by multi-configurational electronic structures that are ideal for exploring with quantum algorithms. For the first time in this context, we explore both noisy intermediate-scale quantum and fault-tolerant quantum algorithms for these multi-configurational system, integrating them within a workflow designed to bridge atomistic simulations with macroscopic modeling approaches, such as finite element methods. Furthermore, we conduct a detailed quantum resource estimation to assess when and how quantum computers may play a meaningful role in tackling these problems. Our results demonstrate that significant advancements in quantum hardware but also in algorithms and error correction techniques are needed to make quantum computation practically viable for this class of problems. Nevertheless, this work establishes a critical foundation for applying quantum computation to corrosion modeling and highlights its potential to address complex, business-relevant challenges in materials science.
- Abstract（参考訳）: 腐食は様々な産業、特に航空宇宙分野における製品の寿命と信頼性に大きな課題をもたらす。
腐食は原子論的なスケールで起こる化学過程から発生し、マクロな劣化を引き起こす。
この問題に対処するには、実験的なパラメータや従来の量子化学技術でモデル化することが難しい顕微鏡パラメータに依存する、マルチスケールのモデリングアプローチが必要である。
本研究では, 現代の航空機で広く使用されているアルミニウム合金の腐食に重要な引き金となる酸素還元反応の初期段階に着目し, 腐食過程の原子論的シミュレーションに適したハイブリッド量子古典ワークフローを開発し, 実証する。
古典的量子化学法と量子コンピューティングフレームワークの組み合わせを用いて、量子アルゴリズムを探索するのに理想的な多構成電子構造を特徴とする反応測地を同定する。
この文脈ではじめて、これらの多構成システムのためのノイズの多い中間スケール量子およびフォールトトレラント量子アルゴリズムを探索し、有限要素法のようなマクロなモデリング手法で原子シミュレーションをブリッジするワークフローに統合する。
さらに、量子コンピュータがこれらの問題に取り組む上で、いつ、どのように重要な役割を果たすかを評価するために、詳細な量子リソース推定を行う。
以上の結果から,量子ハードウェアだけでなく,アルゴリズムや誤り訂正技術にも大きな進歩が求められている。
しかしながら、この研究は、腐食モデルに量子計算を適用する上で重要な基礎を確立し、材料科学における複雑なビジネス関連課題に対処する可能性を強調している。
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