美国FRIB获海军核实验室合同，将开发量子—经典混合核反应计算方法

美国密歇根州立大学稀有同位素束流装置(FRIB)一项由FRIB物理学教授、密歇根州立大学物理与天文系教授、FRIB理论核科学部主任李迪安领导的研究项目，获得海军核实验室为期一年的合同支持。该实验室由Fluor Marine Propulsion公司管理。项目将研究如何结合量子计算机与经典计算机，提高对中子与物质相互作用的预测精度。这也是一项为期五年、面向核科学新型计算工具开发与评估计划的第一阶段。

在核物理研究中，准确预测中子如何与原子核相互作用是一项重要而复杂的计算任务。这类相互作用关系到核反应机理的理解，并可用于反应堆设计、辐射屏蔽、同位素生产和核天体物理等方向。现有核理论能够描述相关反应，但随着原子核规模增大、结构更加复杂，所需计算量会迅速上升。

为应对这一挑战，李迪安团队计划开发一种混合计算框架，把高性能超级计算机与量子计算机结合起来。研究人员将设计新的蒙特卡罗模拟方法，使其既能在经典超级计算机上运行，也能利用量子计算机对较小核系统的计算结果进行基准测试。这些工具未来有望用于更精确地计算复杂原子核中的中子俘获过程。

李迪安表示，FRIB在核结构和核反应的格点蒙特卡罗模拟、量子计算算法状态制备，以及机器学习和人工智能方法应用等方面开展了大量研究，该项目需要综合运用这些技术，也将进一步探索量子计算机在核反应研究中的应用边界。

项目第一阶段将重点利用现有量子硬件，对小型核系统开展测试计算。按照五年路线图，随着相关技术逐步成熟，研究将推进到更大规模、更复杂的反应计算，以提升对核能应用材料性能的预测能力。

资料显示，海军核实验室关注改进反应堆材料相关数据，而同样的物理原理也可用于解释快速中子俘获过程。该过程涉及稀有同位素反应，并与宇宙中许多重元素的形成有关，也是FRIB的重要科学研究方向之一。

FRIB由密歇根州立大学运营，是美国能源部科学办公室用户设施，并由其核物理办公室资助。FRIB依托重离子加速器开展稀有同位素研究，相关工作服务于原子核物理、核天体物理、基本相互作用，以及医学、国土安全和工业等领域的应用探索。