来自橡树岭国家实验室 (ORNL)、克利夫兰诊所和 IBM 的研究人员利用量子计算机计算了 FLiBe 的九种分子构型。FLiBe 是一种熔盐材料，被广泛认为是未来聚变反应堆中氚增殖的主要候选材料。这项发表在 arXiv 上的研究成果，标志着首次使用量子计算完成这些特定的分子结构计算。
这项研究旨在解决聚变能源领域最重大的技术挑战之一：生产和回收足够的氚以维持反应堆运行。氚是大多数拟建聚变反应堆设计的关键燃料成分，但自然界中氚的储量极其稀少。提高氚的增殖效率是美国能源部“创世纪计划”（Genesis Mission）的核心目标之一。
氟化锂铍（FLiBe）是氟化锂和氟化铍的混合物，在许多聚变反应堆概念中发挥着多种作用，包括氚增殖和热传递。由于其化学成分会在中子辐照、高温和强磁场下发生变化，因此预测其行为对计算量要求很高。在量子层面精确模拟这些相互作用超出了许多传统计算方法的实际能力范围，通常需要耗费大量成本进行实验验证。
为了应对这一挑战，研究团队将量子处理器与传统高性能计算 (HPC) 资源相结合，构建了一个以量子为中心的超级计算工作流程。他们没有完全依赖经典近似方法，而是利用量子处理器进行部分电子结构计算，而剩余的计算任务则由 CPU 和 GPU 完成。这种混合方法使研究团队能够计算多种 FLiBe 分子构型（含氚和不含氚）的能量，从而更深入地了解原子间的相互作用和氚的结合机制。
该项目还借鉴了先前为大规模生物模拟开发的计算方法。同样的量子计算工作流程已应用于包含12,635个原子的蛋白质系统，研究人员现在已将这些技术应用于与聚变能源相关的材料科学领域。
为推进“创世纪计划”（Genesis Mission）而组建的研究团队来自美国能源部七个国家实验室、四所大学、三家行业合作伙伴以及克利夫兰诊所。该计划旨在整合能源部下属17个国家实验室的高性能计算、人工智能和量子计算能力，以加速科学发现。团队表示，整合这些技术将加快聚变包层材料的发现和优化，从而生产出足够商业反应堆所需的氚。
IBM 的贡献主要在于推进以量子为中心的超级计算，它将 CPU、GPU 和量子处理单元 (QPU) 整合到一个统一的计算工作流程中。该公司认为，混合量子-经典计算是一个新兴平台，可以解决化学、材料科学和工程领域中仅靠经典系统难以解决的科学难题。
展望未来，合作者计划在增加可模拟分子系统规模和复杂性的同时，降低量子计算资源和经典计算资源之间的通信开销。其长期目标是使以量子为中心的模拟成为聚变材料设计和验证工作流程中的实用工具。
FLiBe 研究与 IBM 量子系统在 2026 年展示的几项科学里程碑一起，包括磁性材料模拟、分子化学研究和大规模生物建模，进一步扩展了量子计算作为科学研究工具的作用。
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