桑迪亚国家实验室迈克尔·埃利斯·兰利 2018年与当时的成员一起拍摄的Exascale催化化学团队由来自桑迪亚、阿尔贡和太平洋西北国家实验室以及布朗和东北大学的研究人员组成
信用:迪诺·沃纳斯 一个帮助化学研究更快、更有成效的成功伙伴关系最近又延长了四年
与桑迪亚、阿贡和太平洋西北国家实验室以及布朗和东北大学合作的Exascale Catalytic Chemistry项目始于2017年，该项目将物理化学家和应用数学家聚集在一起，设计计算工具，以利用世界上最强大的计算机来加快对多相催化这一复杂化学问题的理解
金属表面转化的气相分子 Exascale催化化学公司的项目负责人Judit Zádor召集专家团队开发了多相催化模型——发生在金属表面的气相分子反应——速度更快、更可靠
贾迪特说:“这个项目给催化研究带来的是，它试图自动创建复杂的模型，这些模型是描述气体和催化表面之间复杂化学反应所必需的。”
“即使是看似简单的系统，如一氧化碳和二氧化碳的氢化，也可能在金属的一个简单面上发生数十种反应
如果我们考虑更大的分子和更复杂的表面，这个数字可能会增长到数百甚至更多
" 化学家和工程师积极研究这些问题中的相互作用，包括将更简单、更便宜的分子转化为更有用、更昂贵的分子
随着新工具的开发，贾迪特在桑迪亚和其他地方的团队可以更容易、更系统地创建模型和模拟这些反应
“传统上，人们试图尽最大努力手工列举相关反应，然后分别计算每个反应的性质，从而组装这些反应机制
这是一个缓慢的过程，可能容易出错，”贾迪特说
“我们在布朗和东北大学的合作伙伴创建了一个计算机代码，可以为您系统地列举反应并估计它们的属性，”贾迪特继续说道
“然后，在桑迪亚，我们创建代码，使用量子化学系统地、自动地研究这些反应
我们还制作了模拟和分析工具，从整体上解释模型
太平洋西北国家实验室通过其在基础量子化学方法方面的专业知识做出了贡献，而布朗、阿尔贡和桑迪亚共同开发了新的方法来改善热化学
" 一点一点地提高化学水平 除了揭示关于特定系统的有趣科学之外，该项目的一个重要目标是为其他研究人员提供工具，能够更准确地预测他们自己感兴趣的系统，并最终将美国的实验努力集中在最有成效的催化策略上
这些系统计算可以更准确地预测哪些相互作用会导致所需的化学反应
贾迪特说，发现哪些交互对建模最重要，就像知道要修剪哪一根树枝，使之成为你想要的形状
她说:“在催化表面上，总会有化学途径最终到达你确实想要的地方，但也有途径最终得到你不想要的产品。”
“如果你想象这棵树，你可以向右跟随一个分支，它会导致正确的结果，但向左跟随，它会导致不良的结果
如果你有一个自动化的工具和足够的计算能力，你可以检查比传统上理论上或实验上可能的更多的场景，并帮助你理解是什么使催化反应产生给定的产物
" 化学研究人员需要高性能计算提供的工具的一个重要原因是，有太多可能的反应需要测量或计算
贾迪特说:“如今，我们不仅能对最重要的几个反应进行精确计算，还能对更多的反应进行精确计算，我们得到了更好的反应速率估计。”
“这个项目的策略是迭代地改进模型
你提出一个机制，你选择最重要但最不为人知的部分，你改进它们，然后你把它插回到原来的机制
现在你有了更好的机制，如果还是不够好，你再来一轮
这种循环改进是这个项目的一个关键概念
如果你走了足够多的路，你应该能达到你想要的精度
" 下一阶段 现在，由能源部科学、基础能源科学、化学科学、地球科学和生物科学司资助的Exascale催化化学项目又延期了四年，Judit和她的团队希望研究催化表面上给定分子的化学性质是如何被表面上其他分子的存在所改变的
“这些所谓的共吸附物会改变反应的结果，所以它们很重要
然而，为这些系统建立计算会导致极端的复杂性，因为这些分子在表面上相互作用的方式太多了
”朱迪特说
“你不能用手做到这一点，似乎也不能仅靠纯粹的计算机能力做到这一点
我们将不得不使用机器学习来利用我们的计算框架
这是一个令人兴奋的挑战
"
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