2026年8月11日——在获得莱斯大学化学与生物分子工程博士学位不到一年后，Thiago J. Pinheiro 已经在帮助应对聚变能面临的基本挑战之一——借助一些世界上最先进的计算工具。

Pinheiro 目前是橡树岭国家实验室的博士后研究员，研究熔盐及与能源技术相关的其他材料的原子尺度行为。他最近在橡树岭国家实验室、克利夫兰诊所和 IBM 开展的一项合作中发挥了关键作用，该合作首次完成了与聚变能相关的熔盐中分子结构的量子计算。

该研究结合了经典高性能计算和 IBM 量子计算机，研究了 FLiBe——一种氟化锂和氟化铍的混合物，被认为是未来反应堆中聚变反应周围液体“包层”的主要候选材料。该包层可用于生产氚，氚是一种稀有氢同位素，是许多拟议聚变系统所需的燃料。了解氚在分子水平上如何与 FLiBe 相互作用，是生产和回收足够多的氚以维持聚变反应堆的重要一步。

对 Pinheiro 而言，这个项目是他在莱斯大学所建立的研究基础的自然延伸。

“莱斯大学为我做好这项工作发挥了至关重要的作用，”Pinheiro 说。“我在热力学、分子模拟、量子力学和计算材料科学方面接受的严格训练，为我能够为这个融合了聚变科学、量子化学、超级计算和量子硬件的项目做出贡献奠定了基础。”

该研究采用了“以量子为中心的超级计算”方法，在经典计算机和量子计算机之间分配复杂计算。研究人员检查了 FLiBe 的几种分子构型，包括其与氚的相互作用，以探索这种组合方法能否准确描述该盐的电子结构和结合行为。这项工作是一项更广泛努力的一部分，旨在确定新兴量子技术在解决困难材料问题时能够在哪些方面补充经典超级计算。

作为该研究的第二作者，Pinheiro 使用分子动力学模拟生成了熔融 FLiBe 的代表性原子结构。这些构型及其经典基线能量为后续的电子结构计算（包括使用量子硬件进行的计算）提供了现实的起点。

“我的职责是生成具有物理意义的原子环境，作为后续计算的基础，”Pinheiro 说。“这把我在熔盐模拟方面的专长与一个更广泛的努力联系在了一起，这个努力跨越了聚变科学、量子化学、高性能计算和量子计算。”

在橡树岭国家实验室，Pinheiro 结合密度泛函理论、分子动力学模拟、机器学习力场和统计力学来预测材料在原子尺度上的行为。他在莱斯大学的博士训练不仅为他使用这些计算方法做好了准备，也为他跨学科工作做好了准备，因为日益复杂的科学问题需要来自多个领域的专业知识。

他感谢莱斯大学教授 Walter Chapman、Philip Singer 和 Dilip Asthagiri（现任职于橡树岭国家实验室）帮助塑造了他的研究素养。Gustavo Scuseria 和 James Shee 教授讲授的量子力学课程也让他对电子结构理论以及传统量子化学和新兴量子计算方法背后的原理有了更深入的理解。

“这样的背景使我能够与多个计算科学领域的研究人员有效合作，并有助于探索量子计算技术的能力和当前局限，”Pinheiro 说。“对我而言，这项研究代表了我在莱斯大学开始的道路的直接延续：利用基础分子水平科学和先进计算工具来应对材料研究以及更广泛社会中的重要挑战。”

“Thiago 体现了我们希望博士毕业生从莱斯大学带走的东西：扎实的基础专业知识、严谨的学术思维以及跨学科解决重大问题的能力，”莱斯大学化学与生物分子工程系主任 Sibani Lisa Biswal 说。“看到他在职业生涯初期就将这一基础应用于量子计算等可能塑造能源研究未来的新兴技术，令人振奋。”