Le FRIB américain obtient un contrat du laboratoire nucléaire naval pour développer une méthode de calcul hybride quantique-classique des réactions nucléaires

Un projet de recherche dirigé par Di'an Li, professeur de physique au FRIB, professeur au département de physique et d'astronomie de l'Université d'État du Michigan et directeur de la division de science nucléaire théorique du FRIB, à l'installation de faisceaux d'isotopes rares (FRIB) de l'Université d'État du Michigan, a obtenu un contrat d'un an du laboratoire nucléaire naval. Ce laboratoire est géré par Fluor Marine Propulsion. Le projet étudiera comment combiner des ordinateurs quantiques et des ordinateurs classiques pour améliorer la précision des prédictions des interactions entre les neutrons et la matière. Il s'agit également de la première phase d'un programme quinquennal visant à développer et évaluer de nouveaux outils de calcul pour la science nucléaire.

Dans la recherche en physique nucléaire, prédire avec précision comment les neutrons interagissent avec les noyaux atomiques constitue une tâche de calcul importante et complexe. Ces interactions sont liées à la compréhension des mécanismes des réactions nucléaires et peuvent être utilisées dans des domaines tels que la conception de réacteurs, le blindage contre les radiations, la production d'isotopes et l'astrophysique nucléaire. Les théories nucléaires existantes peuvent décrire les réactions pertinentes, mais à mesure que la taille des noyaux atomiques augmente et que leur structure devient plus complexe, la charge de calcul requise augmente rapidement.

Pour relever ce défi, l'équipe de Di'an Li prévoit de développer un cadre de calcul hybride combinant des superordinateurs haute performance et des ordinateurs quantiques. Les chercheurs concevront de nouvelles méthodes de simulation Monte Carlo capables de fonctionner à la fois sur des superordinateurs classiques et d'utiliser des ordinateurs quantiques pour effectuer des tests de référence sur les résultats de calcul de systèmes nucléaires plus petits. Ces outils pourraient à l'avenir être utilisés pour calculer plus précisément les processus de capture neutronique dans les noyaux atomiques complexes.

Di'an Li a indiqué que le FRIB mène de nombreuses recherches sur les simulations Monte Carlo sur réseau des structures et réactions nucléaires, la préparation d'états pour les algorithmes de calcul quantique, ainsi que l'application de méthodes d'apprentissage automatique et d'intelligence artificielle. Ce projet nécessite l'intégration de ces technologies et explorera également les limites d'application des ordinateurs quantiques dans la recherche sur les réactions nucléaires.

La première phase du projet se concentrera sur l'utilisation du matériel quantique existant pour effectuer des calculs de test sur de petits systèmes nucléaires. Selon la feuille de route quinquennale, à mesure que les technologies pertinentes mûriront progressivement, la recherche progressera vers des calculs de réactions à plus grande échelle et plus complexes, afin d'améliorer la capacité de prédiction des propriétés des matériaux pour les applications de l'énergie nucléaire.

Selon les informations disponibles, le laboratoire nucléaire naval s'intéresse à l'amélioration des données relatives aux matériaux des réacteurs, et les mêmes principes physiques peuvent également être utilisés pour expliquer les processus de capture neutronique rapide. Ces processus impliquent des réactions d'isotopes rares et sont liés à la formation de nombreux éléments lourds dans l'univers, constituant également l'une des orientations de recherche scientifique importantes du FRIB.

Le FRIB, exploité par l'Université d'État du Michigan, est une installation utilisateur du Bureau des sciences du Département de l'énergie des États-Unis, financée par son Bureau de la physique nucléaire. Le FRIB mène des recherches sur les isotopes rares grâce à son accélérateur d'ions lourds, et ces travaux servent la physique nucléaire, l'astrophysique nucléaire, les interactions fondamentales, ainsi que l'exploration d'applications dans les domaines de la médecine, de la sécurité nationale et de l'industrie.