Schnellere Entdeckung von Medikamenten und Materialien Eine Plattform für quantenintegrierte Chemie

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Rosenberger-OSI GmbH & Co. OHG

Mitsui, Qsimulate und Quantinuum bringn eine Plattform mit der Bezeichnung „QIDO“ heraus, die helfen soll, die Zeitspanne bis zur Markteinführung von Molekülen in der Pharma-, Energie- und Chemiebranche und darüber hinaus zu verkürzen. Sie integriert Arbeitsabläufe der Quantenchemie und des Quantencomputing.

Das Akronym QIDO steht für 'Quantum-Integrated Discovery Orchestrator'. Das Werkzeug soll die Forschung und Entwicklung durch die hochpräzise Modellierung chemischer Reaktionen beschleunigen und die Vorteile aktueller klassischer Rechenverfahren und des Quantencomputing möglichst nahtlos kombinieren.

So zielt die Plattform für Rationalisieren komplexer quantenklassischer Hybrid-Workflows auf den kommerziellen Einsatz. Sie soll Unternehmen helfen, fundierte Entscheidungen in einem früheren Stadium des Entwicklungsprozesses zu treffen; denn das trägt zu einem starken Wettbewerbsvorteil bei Innovationen bei. QIDO ist so konzipiert, dass das Werkzeug die Forschung in einer Reihe von chemiebasierten Bereichen unterstützt, darunter Materialdesign, saubere Energie und Arzneimittelentwicklung.

QIDO integriert die Software „QSP Reaction" von Qsimulate, die Berechnungen auf der Skala von Tausenden von Atomen unter Verwendung der präzisen klassischen quantenchemischen Methoden und Techniken ermöglicht. Zudem lässt sich die Plattfrom auch in die „Inquanto“-Software von Quantinuum integrieren, die mit sowohl für Quantenemulatoren und der Hardware von Quantinuum Systems arbeiten kann. Die Software erreicht bei Simulationen komplexer Moleküle und Materialien eine bis zu 10-mal höhere Genauigkeit als Open-Source-Software.

Reaktionen

Rajeeb Hazra, Präsident und Quantinuum-CEO, äußert beisspielsweise: „Die Vorteile der chemischen Genauigkeit und der Recheneffizienz von quantennativen Simulationen in Anwendungen der Chemie zu nutzen, ist ein entscheidender Schritt nach vorne, um die Wirtschaftlichkeit von Entdeckungen in mehreren bedeutenden Endmärkten wie Pharmazeutika und Energie zu revolutionieren. Quantinuum ist stolz darauf, die branchenweit leistungsstärksten Quantencomputer und die weit verbreitete Quantenchemie-Software anzubieten, um diesen Fortschritt zu ermöglichen.“

Auch das Kunden-Feedback fällt positiv aus: So äußert Yu-ya Ohnishi, Research Fellow und stellvertretender Direktor im Bereich R&D Technology & Digital Transformation Center, Materials Informatics Promotion Office der JSR Corporation: „Die von Qsimulate bereitgestellte Plattform senkt die Hürden für Berechnungen, indem sie die Eingabe vereinfacht, die Fehlerbehandlung automatisiert und die Ausgabe auf die notwendigen Informationen konzentriert, was sie zu einem integralen Werkzeug in den täglichen Arbeitsabläufen der synthetischen organischen Chemiker bei JSR macht. Mit der Erweiterung dieser Plattform zur Unterstützung quantenchemischer Berechnungen auf Quantencomputern über Inquanto bietet sie einen Weg zu einem frühen Quantenvorteil.“

QIDO Anwendungsfälle und zukünftige Erweiterung

QIDO wird zusammen mit einem hochpräzisen Modul zur Analyse chemischer Reaktionen eingeführt, das auf dem so genannten Aktivraum-Ansatz basiert. Mögliche Anwendungsfälle sind etwa:‍

• der ‍Entwurf von Katalysatoren und Enzymen: Das setzt Simulationen des Verhaltens komplexer Elektronen voraus als Grundlage für die Entwicklung hocheffizienter Katalysatoren und Enzyme für sauberere Energie, umweltfreundlichere Produktion und fortschrittliche Biokatalyse. Da wiederum ist nützlich für die Entdeckung von Medikamenten, die Lebensmittelverarbeitung, Biokraftstoffe usw. ‍

• Aufklärung von Reaktionsmechanismen: Hier geht es um die Ermöglichung eines tieferen Verständnisses komplexer chemischer Reaktionswege, einschließlich vorübergehender Zwischenstufen und angeregter Zustände, zur Verbesserung von Materialstabilität, Leistung und Lebensdauer ‍

• Batterie-Effizienz und Energiespeicherung: Das leuchtet unmittelbar ein; denn es braucht Verbesserung von Batteriematerialien und -leistung für eine sicherere, langlebigere und leistungsfähigere Energiespeicherung.‍

• nachhaltige Materialien und Energie: Förderung Energie-effizienter Materialien, Verbesserung der Kohlenstoffabscheidung und -wiederverwendung sowie Unterstützung der umweltfreundlichen Ammoniak- und Wasserstoffproduktion.

Der Plan zur Verbreitung

Die Plattform QIDO wird dafür schrittweise um neue Funktionen angereichert. Die Innovation in den genannten Bereichen durch die Quantentechnologie wird durch "Co-Creation" mit Kunden der genannten Partner realisiert. Als exklusiver Vertriebspartner von QIDO in Japan und strategischer Partner mit Blick auf diese Zusammenarbeit ist Mitsui & Co. führend im Dortigen Verkauf und Vertrieb und legt damit den Grundstein für die künftige globale Expansion. Vor der allgemeinen Freigabe von QIDO auf dem japanischen Markt führte Mitsui & Co. Betatests mit branchenführenden Unternehmen durch außer mit JSR auch Panasonic Holdings Corporation und Chugai Pharmaceutical.

Die wichtigsten Funktionen von QIDO

QIDO ist mit verschiedenen Funktionen ausgestattet, die die hochpräzise chemische Modellierung vereinfachen sollen. Dadurch werde die Technologie der Quantenchemie, die bisher nur Experten zur Verfügung stand, für den Einsatz in der Industrie zugänglicher, so die Partner.

• Außerdem erlaubt die Plattform eine automatische Identifizierung von Reaktionskoordinaten und Übergangszuständen aus vorgegebenen Reaktanten und Produkten;

• die Abbildung stark korrelierter Systeme auf kompakte Hamiltonianer mit Hilfe von Quanteneinbettung und automatischer Aktivraumauswahl;

• die Unterstützung anpassbarer aktiver Räume und Berechnungsmethoden, um Genauigkeit und Kosten in Einklang zu bringen;

• bietet optimierte Energieberechnungen für Reaktanten, Produkte und Übergangszustände unter Verwendung von Quantenhardware und deren Emulatoren;

• und visualisiert Quantenschaltungen und meldet die erforderlichen Quantenressourcen.

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