愛荷華州立大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)教授James Vary（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

美國(guó)愛荷華州立大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)教授James Vary和來自愛荷華州立大學(xué)、馬薩諸塞州塔夫茨大學(xué)，以及美國(guó)能源部加利福尼亞州勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員，在合作研究一些非常具有挑戰(zhàn)性的問題。由于量子計(jì)算是一種具有巨大能量、速度和潛力的新興技術(shù)，所以他們的目標(biāo)是弄清楚如何使用量子計(jì)算來模擬原子核內(nèi)的所有自然力。

早在1911年，因輻射研究獲得1908年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家發(fā)表了一篇論文，首次揭示了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。他在實(shí)驗(yàn)中觀察到，當(dāng)粒子撞擊金原子時(shí)，有些粒子發(fā)生了大幅度散射，由此推斷，在原子的中心存在原子核。

Vary和他的同事在項(xiàng)目總結(jié)中寫道：原子核占宇宙中可見物質(zhì)的99%以上，但它們?cè)谧匀唤绲幕径蛇€有很多是未知的。例如，原子核是如何在創(chuàng)造宇宙的大爆炸中形成的？原子核是如何在創(chuàng)造超新星的過程中形成的？

Vary和他的同事們利用世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)來模擬原子核內(nèi)的力。其中包括日本RIKEN計(jì)算科學(xué)中心的“超級(jí)計(jì)算機(jī)Fugaku”，這臺(tái)計(jì)算機(jī)在世界500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)中的最新排名是第二。在2020年6月至2021年11月，它在每年6月和11月發(fā)布的榜單上都排名第一。

Vary說：“我們嘗試在高性能計(jì)算機(jī)中添加一些人工智能工具，這將揭示原子核的一些內(nèi)部運(yùn)作，但目前我們的研究已達(dá)到經(jīng)典計(jì)算機(jī)能夠做到的極限了，因此，我們需要尋找級(jí)別更高的計(jì)算機(jī)。”

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Vary和他的合作者：愛荷華州立大學(xué)的Pieter Maris、Glenn Luecke、Weijie Du、Tufts的Peter Love、Gary Goldstein以及Berkeley實(shí)驗(yàn)室的Chao Yang正在轉(zhuǎn)向量子計(jì)算。

Vary說：“量子計(jì)算是一個(gè)完全不同的領(lǐng)域，其潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)前高性能計(jì)算機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能。擁有最新量子技術(shù)意味著研究人員將擁有更強(qiáng)的計(jì)算能力，可以模擬與研究中型和大型原子核，以及更多的質(zhì)子和中子?！?/span>

Vary表示，研究人員的首要任務(wù)是確定要研究的核物理主題，他們將據(jù)此開發(fā)和測(cè)試量子計(jì)算工具。研究人員將與制造商合作，獲得最新的量子計(jì)算機(jī)。然后，他們將開發(fā)新的分步計(jì)算指令、算法、方案和代碼，將他們的工作過渡到量子技術(shù)層面。

研究人員希望這項(xiàng)工作能夠?qū)崿F(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)，這將使量子計(jì)算機(jī)成為模擬原子核和研究原子核及所有基本力的最佳工具，研究人員也將能充分利用他們的新量子工具。

編譯：卉可

編輯：慕一

特此說明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點(diǎn)與數(shù)據(jù)。