破解燃料荒难题，IBM携手科学家利用量子超级运算取得核融合新突破
核融合能源长期以来被视为人类摆脱化石燃料依赖的终极解方，但如何在地球上打造出“人造太阳”，始终是科学界难以跨越的巨大挑战。如今，一项由美国橡树岭国家实验室（ORNL）、克利夫兰诊所与IBM共同完成的突破性研究，为这个跨世纪难题带来全新曙光。
根据7月6日发布的最新成果，这支跨界科学家团队首次在量子电脑上完成了核融合材料的复杂计算，成功找出9种深具应用潜力的燃料生产材料“分子构型”。这项成果同时也是美国能源部（DOE）“创世纪任务”（GenesisMission）计划的重要里程碑。
氚：极度稀缺的核融合关键燃料
核融合反应需要以“氚”（Tritium）做为燃料，这是一种含有一个质子与两个中子的放射性氢同位素，在自然界中极为罕见。如何达成氚的大规模量产，长期以来是核融合迈向商业化发电的最大瓶颈。
为此，研究人员将目光投向由氟、锂、铍组成的熔盐混合物（FLiBe）。这种熔盐过去常被用做实验性核分裂反应炉的冷却剂，如今则被视为核融合反应炉中萃取氚燃料的最具潜力候选者。其原理在于，FLiBe熔盐可做为一种“增殖环境”（Breederenvironment），在反应炉运作时持续生成氚。
然而，要将FLiBe的配方最佳化绝非易事。预测FLiBe分子簇的“电子基态能量”是理解其如何与氚结合的关键步骤，但这类庞大的计算对传统电脑而言不仅极度耗费资源，且十分容易出错。而量子电脑在解决最佳化与计算化学问题上的天赋，恰好完美填补了这项技术缺口。
量子电脑攻克化学难题
研究团队导入了“以量子为中心的超级运算”（Quantum-centricsupercomputing）技术，将复杂的问题拆解为可由量子处理器（QPU）求解的量子电路，并进一步结合CPU与GPU进行协同运算。值得一提的是，这套方法与克利夫兰诊所先前用来模拟高达12,635个原子蛋白质的技术架构如出一辙，如今被成功延伸应用至材料科学领域。
IBM在其官方部落格中说明，这种混合运算架构让研究团队能更精确地掌握材料的电子结构及其原子行为，特别是在基础分子层面上，各种构型与氚的结合强度。最终，研究人员成功识别出9种FLiBe分子簇构型，并精准萃取出各构型结合氚的机制与强度等关键特性。
IBM量子中心超级运算技术长杰里·萧（JerryChow）表示：“将量子运算、人工智能与传统运算结合起来，对于解决人类社会最根本的科学挑战至关重要，因为这种能力是任何单一运算架构都无法独自实现的。这些成果进一步证明，以量子为核心的超级运算，如今已成为解决长期困扰化学家、工程师和材料科学家难题的实用科研工具。”
研究团队透露，目前三方的合作仍在持续推进，下一阶段的目标是缩短量子与传统运算资源之间的资料传输延迟，并进一步扩大可模拟的分子交互作用规模。
尽管量子电脑在此次研究中展现出令人振奋的潜力，为燃料难题指引了方向，但距离核融合发电真正实现商业化运转，人类无疑还有一段漫长的路要走。