微软运用量子技术促进计算化学发展,加速化学反应模拟30倍

微软、苏黎世联邦理工学院和西北太平洋国家实验室研究人员共同合作,发展新的AutoRXN自动化工作流程,加速量子化学和材料科学研发,该研究团队优化模拟程序代码,将其搬上云计算结合量子运算,将模拟催化化学反应加速30倍,同时降低10倍成本。

研究人员提到,预测化学合成和催化的过程,是化学领域的重要工作,也是目前急需解决的挑战之一。化学反应发生在非常复杂的化学空间其中,只靠实验室做实验,几乎无法确定化学反应的机制,而计算机模拟提供了一条替代途径,能够使科学家更了解反应机制。

不过过去科学家在计算机模拟中,也只能考虑一些关键的反应途径,毕竟反应建模需要一些直觉和手动试错,要全面深入考虑反应,纳入所有可能的面向,建模系统的准确模拟将变得棘手,而微软Azure量子团队便尝试使用可扩展量子运算服务,以量子运算从原子层级解释物质的性质和行为。

而微软新开发的AutoRXN自动化工作流程,将能够将让科学家在云计算中,使用高性能计算模拟并探索化学反应。借由AutoRXN,科学家可以将探索的化学反应途径,从一次数十个配置扩展到数千个,而AutoRXN调度的主要核心,来自苏黎世联邦理工学院的化学网络探索软件Chemoton,微软通过现代化该软件,结合当今云计算技术,使其成为云计算原生服务,工作流程中所使用的组件,皆具备自动化、稳定,且极简操作员的干预。

这项合作成果已经被应用到学术研究中,研究氢化催化剂的机制,微软提到,AutoRXN工作流程执行大量相对便宜的量子化学计算,并自动改进来自昂贵计算的结果,还能自动收集和评估资料。使得科学家能够以过去无法达到的速度,调度高准确的计算化学运算,完成高通量任务。

AutoRXN自动化工作流程开辟了一条建模和理解化学反应的新途径,从中发现和研究许多副反应,使科学家能够了解催化剂的真实性能。通过使用AutoRXN,科学家已经确定了500多个反应和2,000多个基本步骤,揭开铁复合物催化不对称氢化反应的全貌,而该研究已经远远超出当今传统手动反应建模的范围,捕捉到许多过去无法注意到的副反应和催化剂降解。