愛荷華州立大學物理學和天文學教授James Vary(圖片來源：網絡)

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

早在1911年，因輻射研究獲得1908年諾貝爾化學獎的科學家發表了一篇論文，首次揭示了原子的內部結構。他在實驗中觀察到，當粒子撞擊金原子時，有些粒子發生了大幅度散射，由此推斷，在原子的中心存在原子核。

Vary和他的同事在項目總結中寫道：原子核占宇宙中可見物質的99%以上，但它們在自然界的基本定律還有很多是未知的。例如，原子核是如何在創造宇宙的大爆炸中形成的?原子核是如何在創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大的超級計算機來模擬原子核內的力。其中包括日本RIKEN計算科學中心的“超級計算機Fugaku”，這臺計算機在世界500強超級計算機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月發布的榜單上都排名第一。

Vary說：“我們嘗試在高性能計算機中添加一些人工智能工具，這將揭示原子核的一些內部運作，但目前我們的研究已達到經典計算機能夠做到的極限了，因此，我們需要尋找級別更高的計算機。“

為了實現這一目標，Vary和他的合作者：愛荷華州立大學的Pieter Maris、Glenn Luecke、Weijie Du、Tufts的Peter Love、Gary Goldstein以及Berkeley實驗室的Chao Yang正在轉向量子計算。

Vary說：“量子計算是一個完全不同的領域，其潛力遠遠超出了當前高性能計算機所能實現的強大功能。擁有最新量子技術意味著研究人員將擁有更強的計算能力，可以模擬與研究中型和大型原子核，以及更多的質子和中子。”

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

研究人員希望這項工作能夠實現量子優勢，這將使量子計算機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。