Quand l’informatique quantique rencontre la conception d’alliage

Bien que la conception d’alliages de recherche et l’intelligence artificielle soient en cours depuis des décennies, Houlong Zhuang combine maintenant les deux domaines pour ouvrir une nouvelle voie pour les scientifiques des matériaux.

La vision de Zhuang gagne rapidement du terrain. En fait, le premier article de recherche qu’il a publié sur l’intégration de l’utilisation de l’intelligence artificielle pour concevoir des alliages a déjà été cité près de 250 fois depuis 2019.

La National Science Foundation, ou NSF, accorde le programme de développement de carrière en début de carrière, ou CARRIÈRE, aux membres du corps professoral en début de carrière qui ont le potentiel de servir de modèles universitaires dans la recherche et l’éducation et de faire progresser la mission de leur département. ou organisation.

Zhuang a reçu un prix CAREER de 537 000 $ de la NSF pour poursuivre cette recherche dans la conception d’alliages et l’informatique quantique dans son projet, « Développer des algorithmes quantiques pour la découverte d’alliages à haute entropie ».

La conception d’alliage implique le développement de matériaux fabriqués avec divers métaux mélangés pour créer une composition structurelle idéale. L’informatique quantique fonctionne en utilisant les particules subatomiques de la matière physique pour stocker des informations, puis exploite ce comportement à l’aide de matériel spécialisé. Les données tirées de l’informatique quantique peuvent être utilisées pour développer des méthodes permettant de décrire mathématiquement les interactions entre atomes.

Lors du développement d’un nouvel alliage, un certain nombre d’éléments du tableau périodique doivent être pris en compte. Les chercheurs doivent évaluer quels éléments se lient le plus efficacement ensemble et quels rapports molaires se lient atomiquement pour produire des résultats optimaux. Les possibilités sont presque infinies.

Le projet de récompense Zhuangs CAREER s’appuiera sur son travail combinant la conception d’alliages et l’informatique quantique pour créer des algorithmes quantiques qui aident les chercheurs à développer de nouveaux matériaux.

Ces algorithmes seront mis en œuvre à l’aide de matériel quantique qui produira les simulations des liaisons entre des éléments sélectionnés afin de prédire les meilleures combinaisons possibles d’éléments pour obtenir une propriété matérielle donnée. Les chercheurs peuvent alors mener des expériences pour valider si ces prédictions sont correctes.

En tant que professeur adjoint à l’École d’ingénierie de la matière, des transports et de l’énergie, Zhuang a collaboré avec d’autres chercheurs des écoles d’ingénierie Ira A. Fulton et de l’ASU Quantum Collaborative pour utiliser l’informatique quantique pour répondre aux questions sur les interactions atomiques dans un produit chimique donné. composition.

Ce projet vise à rechercher un génome de matériaux pour la conception d’alliages à l’aide d’ordinateurs quantiques de pointe. dit Zhuang. « Nous sommes impatients d’identifier des candidats matériaux prometteurs qui conviennent aux applications énergétiques durables comme la future économie de l’hydrogène. »

Fin 2022, Zhuang a également reçu un prix Materials Today Rising Star et deux bourses de recherche de Scialog et de l’Association internationale des matériaux avancés.

Zhuang a rejoint Scialog, parrainé par la Research Corporation for Science Advancement, une institution dédiée à faire tomber les barrières et à créer une communauté entre les disciplines académiques. Avec ses collaborateurs Yayuan Liu de l’Université Johns Hopkins et Chibueze Amanchukwu de l’Université de Chicago, il a reçu une subvention de 55 000 $ pour mener le projet de recherche intitulé Régénération de solvant CO2 induite par la charge de surface via une manipulation de volume libre. Zhuang exécutera des simulations informatiques étudiant les mécanismes des molécules liquides ioniques sur des surfaces chargées pour la capture et la libération réversibles de dioxyde de carbone.

Les progrès de Zhuang dans la conception des alliages lui ont valu une deuxième bourse de l’Association internationale des matériaux avancés, ou IAAM. La distinction notable que l’IAAM confère aux chercheurs reconnaît leur importante contribution à l’avancement de la science des matériaux.

Au début de sa carrière, les contributions de Zhuang comprenaient également le développement de programmes pour les cours qu’il a enseignés en apprentissage automatique et en informatique quantique pour aider à préparer la prochaine génération d’ingénieurs à repousser encore les limites de l’intelligence artificielle et de l’informatique quantique. Son prix CARRIÈRE lui permettra de poursuivre ces activités en offrant une formation par le biais de programmes de développement de la main-d’œuvre, de programmes de sensibilisation des diplômés et de mentorat pour les élèves du secondaire. Zhuang prévoit également de renforcer les collaborations en informatique quantique et en IA entre les physiciens africains et américains grâce à des opportunités d’échange.