在11月5日于伦敦举行的英国国家量子技术展示会上，Riverlane和Rigetti组成的合作团队演示了一套软件工具，这些工具应该有助于科学家使用量子计算机来开发可持续材料和催化剂的能力取得突破。催化剂是一种化学物质，可以使缓慢的化学反应变得快速进行，它对现代生活的几乎所有领域都至关重要，如制造新药和塑料、清洁空气和应对气候危机等。

核心的软件工具由Riverlane与全球可持续技术公司Johnson Matthey(庄信万丰)合作开发，它可生成一组指令，量子计算机能使用这些指令来计算特定材料或催化剂的特性。对于大多数的应用，这些计算不可能在常规的经典计算机上准确进行，因为这些计算机无法模拟化学反应里亚原子复杂动态的相互作用。相比之下，量子计算机可以同时编码和分析许多单独的相互作用，从而能够大大加快整个计算的速度。随着人们普遍预期未来几年量子硬件会有很大进步，该软件工具可以在某一天发挥作用，使科学家能够设计出未来的可持续催化剂。

现在一种有前途的可持续燃料技术是氢燃料电池，它从氢气中产生能量，副产品只有水。燃料电池通过进行简单的化学反应来工作：氢与氧反应生成水，并在此过程中产生电流。如果氢和氧只是简单地混合在一起，那么这个反应的一个重要步骤，即将氢分裂成带正电的氢离子和带负电的电子的过程会发生得非常缓慢。因此，燃料电池里会包含一种额外的成分，即催化剂，它可显着加快反应速度。燃料电池的催化剂通常由铂等贵金属制成，它非常有效但价格昂贵。且矿山开采对环境非常有害。

大型纠错量子计算机将使我们有机会设计出可持续的、能负担得起的且更高效的催化剂材料。相比之下，即使是当今最快的超级计算机也必须使用近似方法进行计算，这意味着它们的预测必须在实验室中的进行大量的实验来验证其准确性。量子计算机有可能进行更准确的计算，从而能减少耗时的实验室验证工作。为了执行计算，量子计算机使用的是量子电路编程，这是一系列的指令，告诉它们应该执行哪些操作和测量来获得输出结果。然而，为特定应用编写正确的量子电路非常复杂，往往需要大量的专业知识和时间才能实现。

利用被称为量子相位估计的算法，Riverlane的工具生成可以由量子计算机直接读取的量子电路。用户只需要输入他们感兴趣的分子或材料的化学描述，这意味着化学家可以使用该工具以量子计算机的语言重写他们的模拟，而不是迷失在电路设计的细节中。Riverlane通过计算铂表面上氢分子的能量来演示了这套工具，并在Rigetti的Aspen-10量子处理器上运行了的最终电路。欧洲Rigetti技术合作伙伴总监Marco Paini说：“使用Riverlane的工具在Rigetti的QPU上运行的量子化学计算非常棒。它展示了量子计算技术的潜力，是设计未来催化剂的重要一步。”

了解氢铂系统的稳定性和反应性可以让我们深入了解现有燃料电池的内部工作原理，这是设计出更好替代品的第一步。而实现量子计算模拟复杂材料和化学反应的全部潜力需要量子计算技术在从硬件到纠错方法的方方面面取得重大的发展。但是，如果能够预测量子计算行业应该优先考虑发展哪些方面以尽早解锁量子计算的不同应用，我们就能更快地获得有用的量子计算机。

Riverlane在11月5日展示的另一个工具是朝着应对这一挑战迈出的关键一步。使用该工具，硬件制造商可以了解未来需要多大尺寸的量子计算机来模拟不同的分子或材料。他们还可以虚拟的测试不同的硬件改进提议，并从工具中获得反馈，了解这些变化将使量子计算机更接近于为不同的应用做好准备。

Riverlane通过估计在量子计算机上计算“对苯二酚”(一种被认为可能成为未来可持续非金属电池的组成部分)的能量所需要用到的计算资源来演示该工具。这种计算尚无法在量子计算机上以高精度进行，因为对苯二酚是一种更大更复杂的分子，但该工具允许用户准确了解所面对的问题的难度，并探索如何最好地改进他们的硬件以解决此类电池材料的模拟问题。（编译:Qtech）