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来源：Deeptech深科技
谷歌一向不缺乏想象力！这一次，他们又将目光瞄准人类的终极能源——核聚变发电。近日，谷歌与全球领先的私营核聚变公司 Tri Alpha Energy 共同开发了一种名叫 “验光师算法”（Optometrist algorithm）的计算机算法。
据周二在《科学报告》杂志上发表的研究成果显示，这种算法将大规模的机器计算与人为判断结合在一起，使核聚变中等离子体的融合研究速度从之前的一个月变成了仅仅几小时，系统能量损失率也大幅降低了 50%，实验效率的显著提升将有助于核聚变发电早日变为现实。
正如我们所了解的，核聚变就是多个轻原子核（例如氘和氚）结合成较重原子核（例如氦）时放出巨大能量的过程，太阳所产生的巨大能量就是源于聚变反应。如果一旦可以实现可控的核聚变，那么困扰人类已久的能源问题就将得到彻底的解决。
图丨核聚变被视作终极能源
而谈到核聚变就不能不提及它赖以运行的等离子体。以太阳为例，在其内部，由于高温高压，大量原子上的电子被剥离，也就是被电离成带电荷的离子；这些离子挤在一起形成一团不停碰撞、极为活跃的“热汤”——这就是被称为“第四物态”的等离子体。而聚变反应就是在这种等离子体中，氢离子相互碰撞结合的过程。
而从本质上讲是因为生成、控制等离子体非常困难，所以，实现可控核聚变的过程就显得异常复杂。地球上没有太阳内部的高温高压，所以把等离子体维持几十毫秒就需要大量的能量，这种能耗很难和瞬间聚变所产生的能量做到“收支平衡”。
更重要的是，我们还有精确地控制这团“热汤”，保证其不会倾泻；在等离子体中，就算是极小的变化也可能演化成差异极大的后果，这就是核聚变所涉及的非线性现象。于是，计算等离子体的非线性演化过程就成了极具挑战的难题之一。
图丨第四物态“等离子体”
考虑到这个问题，Tri Alpha Energy 舍弃了 40 多年来业界一直沿用的传统环形“托克马克”（Tokamak ）设计思路，而重新建造了被称为“场反向配置（field-reversed configuration，FRC）”的独特装置。相比之下，它不仅体积更小、设计更简单，价格更低，最重要的是，装置内的等离子体随能量的增加会变得更稳定，而非脱离控制。
为此，Tri Alpha Energy 还建造了一个名叫 C-2U 的等离子电离装置。C-2U 每 8 分钟就会“发射”一些等离子体，每一次发射都能够在 C-2U 的密封真空室中产生两个旋转的等离子球，然后以 60 万英里每小时（约 96.6 km/h）的速度让它们相撞，产生一个更大、更热，像橄榄球一样旋转的等离子体。
图丨C-2U装置的概念模型
之后，科学家用粒子束（其实是中性氢原子）不断轰击这个等离子球，让它保持旋转。在这之后，他们又会在这个旋转的等离子球上施加磁场，而等离子体的旋转时间最长为 10 毫秒。他们正是希望借此方法来验证“场反向配置”装置的可行性。到目前为止，C-2U 已经挑战了在短时间、有限空间内产生并约束等离子体所消耗的电力极限。
C-2U内部演示视频
但这为何与谷歌有关系？原来，为了达成技术上的突破，Tri Alpha Energy 团队需要大量测试常规的实验模拟条件下性能指标不常见的设备和等离子体。极端情况下，科学家甚至要跟踪千亿级别的粒子个体，如此海量的计算会占用大量的计算机资源，用谷歌加速科学团队成员 Ted Baltz 的话来说，“即使搭上谷歌全部的计算能力，也无法解决这个问题。”
在这种发展遇到瓶颈的情况下，Tri Alpha Energy 和谷歌研究部门开展合作，另辟蹊径地设计出“验光师算法”（Optometrist algorithm），来帮助核聚变实验更快、更高效地产生所需要的等离子体。就像在配眼镜的时候验光一样，这个算法能够结合人类偏好和机器来对等离子体进行分析，最终得出结果，专家们就能直接运用自己的判断力，决定哪些现象是可行的，而哪些现象则对实验没什么帮助。
从中也可以看出，新算法提供了很好的人机合作模式。Baltz 对此解释道：“我们最后解决问题的途径就是 ‘让专业的等离子物理学家选择他们自己认为可行的等离子行为进行实验，同时不会对机器造成破坏’。这很好的说明了人类和计算机协同工作时，往往比各干各的要好得多。”
