谷歌DeepMind与CFS合作推进AI聚变能源

软件公司谷歌DeepMind宣布与美国初创公司Commonwealth Fusion Systems(CFS)建立研究合作伙伴关系。自2018年从麻省理工学院(MIT)分离出来后，CFS已筹集近30亿美元资金，计划用于完成其正在马萨诸塞州Devens建设的SPARC示范托卡马克装置。该公司还将推进在Virginia州Chesterfield县规划建设的400兆瓦ARC聚变电站的开发工作，预计将在2030年代初并网发电。

10月初，CFS宣布其SPARC关键组件环形场(TF)磁铁的严格性能测试结果已通过美国能源部(DOE)里程碑聚变发展计划下独立评审小组的验证。

DeepMind表示，与CFS的合作建立在利用人工智能成功控制等离子体的工作基础上。“通过与瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)瑞士等离子体中心的学术合作伙伴，我们证明了深度强化学习可以控制托卡马克的磁铁来稳定复杂的等离子体形状。为了涵盖更广泛的物理范围，我们开发了TORAX，这是一个用JAX编写的快速可微分等离子体模拟器。现在，我们将这项工作带到CFS，以加快将聚变能源输送到电网的时间表。”

TORAX将帮助CFS团队在SPARC甚至尚未启动之前，通过运行数百万次虚拟实验来测试和完善其运行计划。一旦第一批数据到达，它还能让他们灵活地快速调整计划。

CFS与DeepMind的合作已在三个关键领域展开：

“我们在人工智能方面的专业知识与CFS的尖端硬件相结合，使这成为推进聚变能源基础发现的理想合作伙伴关系，造福全球研究界，并最终造福整个世界，”DeepMind指出。

TORAX软件已成为CFS日常工作的关键环节，帮助他们了解等离子体在不同条件下的行为方式，节省宝贵的时间和资源。“TORAX是一个专业的开源等离子体模拟器，为SPARC设置和运行模拟环境为我们节省了无数时间，”CFS物理运营高级经理Devon Battaglia表示。

操作托卡马克涉及如何操纵磁线圈电流、燃料注入和加热功率的无数选择。手动寻找最优设置以产生最多能量，同时保持在运行限制内，可能非常低效。将TORAX与强化学习或进化搜索方法结合使用，允许人工智能在仿真中探索大量潜在运行场景，快速识别产生净能量的最有效和稳健路径。这可以帮助CFS专注于最有前景的策略，即使在SPARC完全调试并以满功率运行之前也能增加成功概率，这计划在2026年或2027年进行。

“这是一个大事，”CFS表示。“人工智能工具具有加速SPARC学习的巨大潜力，然后推动我们的ARC聚变电站更加高效和经济。”除了研究之外，谷歌在2025年初加深了对CFS的投资，并同意在2030年代初从第一个ARC电站购买200兆瓦的聚变电力。

据CFS称，2024年出现的TORAX是一项关键的使能技术。其框架可以将多个计算引擎(包括人工智能工具)连接成一个单一、快速、现代的计算引擎，大大加速了发现进程。CFS表示，他们正走在商业聚变能源的最快道路上，部分原因是能够建立在数十年研究开发的托卡马克物理理解基础上。该研究包括经过真实世界托卡马克运行验证的计算机模拟。

然而，在TORAX之前，这些模拟需要各种软件项目和编程语言的拼凑。“现在，由于TORAX及其对谷歌数值计算软件JAX的使用，我们有了更好的东西，”CFS指出。“使用JAX，TORAX让我们将等离子体计算提炼成极快的计算，使从那些拼凑项目中构建的人工智能模型更容易组合。而且TORAX可以在具有最新硬件加速功能的处理器上运行该软件。”

CFS的目标是在下个十年初实现聚变能源的商业化，许多人认为这个目标过于雄心勃勃。然而，CFS首席执行官Bob Mumgaard告诉Axios，人工智能将帮助实现这一目标。他承认聚变能源长期以来被视为遥远未来的事情，但指出人工智能曾经也被同样看待。“我们即将打破这种迷因，”他说。