量子计算助力聚变氚增殖研究

研究人员报告称，他们结合使用量子计算与经典计算，对FLiBe（氟化锂与氟化铍）熔盐覆盖层中的氚形态相关化学问题进行了计算，为解锁聚变装置中的氚增殖指明了一个有前景的方向。

根据arXiv上发布的一篇描述该结果的预印本论文，这是首次对带电离子体系进行此类计算演示，其中静电效应和极化效应带来了极具挑战性的复杂性——但这正是量子计算往往优于经典解决方案的复杂性类型。

Oak Ridge美国国家实验室国家计算科学中心科学接洽部门负责人Tom Beck表示，该项目已超出预期。

“大约五个月前我们启动这项工作时，我没想到能这么快达到这个阶段。”他说。

该团队计算了三个包含21至23个原子的FLiBe体系中的氚结合能，每个体系包含九个团簇。

他们使用了一种结合了人工智能、经典计算和量子计算的工作流程，将计算分解为多个阶段，以利用每种过程的优势。

结果令人鼓舞，与现有计算结果相符，并且研究人员确定了将预测扩展到真实熔盐环境所需的一些进展。

一个关键变化是需要增大团簇尺寸以获得体相液体特性，但该团队有经验可以借鉴。

“这项工作建立在我们大规模模拟复杂生物系统（包括跨越1.26万个原子的蛋白质）的进展之上，并将这些技术扩展到材料科学领域，以更高的精度和效率探索与聚变相关的体系。”Cleveland Clinic的科研人员Kenneth Merz说。

根据该论文，开发依赖量子计算的熔盐自由能计算所涉及的计算挑战与化学的其他领域相关，包括催化和生物化学。

“以熔盐为目标体系，改进异构量子-经典方法在精度与成本之间的权衡，可以为量子化学的其他领域提供可转移的实际益处。”论文指出。

“这些结果进一步证明，以量子为中心的超级计算现已成为一种实用的科学工具，可用于解决长期困扰化学家、工程师和材料科学家的问题。随着量子计算机规模的扩大，前进的道路充满希望。”IBM量子中心超级计算首席技术官Jerry Chow说。

该论文由Oak Ridge美国国家实验室、Cleveland Clinic、IBM和Michigan州立大学的研究人员撰写。