量子计算首次用于模拟聚变产氚候选材料

7月6日，来自美国橡树岭国家实验室、克利夫兰诊所和IBM的科研团队发布一项新进展：他们利用量子计算机计算了一种聚变燃料生产候选材料的九种分子构型。据研究团队介绍，这是已知首次在量子计算机上开展此类计算。相关论文已发表在预印本平台arXiv。

这项研究聚焦的是含氟、锂和铍的液态盐FLiBe。 在聚变反应堆设想中，聚变等离子体释放的中子会撞击熔盐包层，从而产生氚。氚是多数聚变电站方案所需的重要燃料，但在自然界中极其稀少，如何稳定生产和提取氚，一直是聚变能源走向实际应用必须解决的问题之一。

研究团队表示，FLiBe在强中子辐射、高温和磁场环境下会发生复杂变化，传统实验成本高、难度大，经典计算方法又可能面临精度不足的问题。此次团队采用“量子超级计算”思路，让量子计算机与传统计算机协同工作：可转化为量子电路的部分交由量子计算机处理，用于更精细地分析材料电子结构、原子行为，以及不同构型与氚之间的结合强度和作用机制。

橡树岭国家实验室相关负责人汤姆·贝克表示，这项工作服务于美国能源部“创世纪计划”的目标，即把高性能计算、人工智能和量子计算同国家实验室的科学装置结合起来，加快科学发现进程。他认为，IBM制造的量子计算机以及人工智能、百亿亿次级计算等技术，将成为优化熔盐聚变包层材料、提升氚生产能力的重要工具。

克利夫兰诊所科学家肯尼斯·默兹表示，该研究延续了团队此前对复杂生物系统进行大规模模拟的经验，并将相关技术拓展到材料科学领域。IBM量子超级计算首席技术官周杰瑞也表示，量子计算、人工智能和经典计算结合，有助于处理长期困扰化学、工程和材料科学领域的复杂问题。

目前，这一合作项目仍在推进。研究团队下一步将尝试缩短量子与经典计算资源之间的数据传输时间，并扩大分子相互作用模拟规模。团队希望，未来聚变能源研发人员能够利用这一工作流程，设计并验证适用于聚变包层和氚生产的新材料。