爱荷华州立大学物理学和天文学教授James Vary(图片来源：网络)

美国爱荷华州立大学物理学和天文学教授James Vary和来自爱荷华州立大学、马萨诸塞州塔夫茨大学，以及美国能源部加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员，在合作研究一些非常具有挑战性的问题。由于量子计算是一种具有巨大能量、速度和潜力的新兴技术，所以他们的目标是弄清楚如何使用量子计算来模拟原子核内的所有自然力。

早在1911年，因辐射研究获得1908年诺贝尔化学奖的科学家发表了一篇论文，首次揭示了原子的内部结构。他在实验中观察到，当粒子撞击金原子时，有些粒子发生了大幅度散射，由此推断，在原子的中心存在原子核。

Vary和他的同事在项目总结中写道：原子核占宇宙中可见物质的99%以上，但它们在自然界的基本定律还有很多是未知的。例如，原子核是如何在创造宇宙的大爆炸中形成的?原子核是如何在创造超新星的过程中形成的?

Vary和他的同事们利用世界上最强大的超级计算机来模拟原子核内的力。其中包括日本RIKEN计算科学中心的“超级计算机Fugaku”，这台计算机在世界500强超级计算机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月发布的榜单上都排名第一。

Vary说：“我们尝试在高性能计算机中添加一些人工智能工具，这将揭示原子核的一些内部运作，但目前我们的研究已达到经典计算机能够做到的极限了，因此，我们需要寻找级别更高的计算机。“

为了实现这一目标，Vary和他的合作者：爱荷华州立大学的Pieter Maris、Glenn Luecke、Weijie Du、Tufts的Peter Love、Gary Goldstein以及Berkeley实验室的Chao Yang正在转向量子计算。

Vary说：“量子计算是一个完全不同的领域，其潜力远远超出了当前高性能计算机所能实现的强大功能。拥有最新量子技术意味着研究人员将拥有更强的计算能力，可以模拟与研究中型和大型原子核，以及更多的质子和中子。”

Vary表示，研究人员的首要任务是确定要研究的核物理主题，他们将据此开发和测试量子计算工具。研究人员将与制造商合作，获得最新的量子计算机。然后，他们将开发新的分步计算指令、算法、方案和代码，将他们的工作过渡到量子技术层面。

研究人员希望这项工作能够实现量子优势，这将使量子计算机成为模拟原子核和研究原子核及所有基本力的最佳工具，研究人员也将能充分利用他们的新量子工具。