Квантови компютри за първи път моделираха 9 конфигурации на материали за термоядрено гориво

Един от основните проблеми по пътя към термоядрената енергетика е тритият: изключително рядък радиоактивен изотоп на водорода, необходим за работата на повечето перспективни реактори. Запасите му на Земята са незначително малки и бъдещите електроцентрали могат да бъдат снабдени с гориво само по един начин – чрез „изгаряне“ на литий в специални материали вътре в самия реактор, превръщайки го в тритий. Международна група учени за първи път използва квантови компютри за изчисляване на молекулярните конфигурации на флуоридно-литиево-берилиевата сол (FLiBe) — един от основните кандидати за материал за извличане на тритий.

Изчисляването поведението на електроните в такива сложни материали като FLiBe изисква колосални изчислителни мощности. Класическите суперкомпютри, дори най-мощните, се справят с моделирането на квантовите ефекти на атомно ниво само при многобройни частици – над няколко десетки. Тук на помощ идват квантовите компютри, които оперират не с битове, а с кубити и могат по естествен начин да моделират квантовите състояния на материята, пише Phys.

Изследователи от Националната лаборатория „Окридж“, Клиниката в Кливланд и IBM съставиха девет различни молекулни конфигурации на FLiBe-клъстери — тоест как атомите на флуора, лития и берилия могат да се групират в разтвор. Тези конфигурации са важни за разбирането на това как най-ефективно тритият се освобождава от материала при облъчване с неутрони. Работата е извършена с помощта на същите изчислителни методи, които наскоро бяха използвани за моделиране на протеини от 12 635 атома в биологични изследвания.

Функцията на FLiBe в термоядрените реактори

FLiBe е разтопена сол, която в термоядрените реактори изпълнява двойна функция: служи като топлоносител и едновременно с това като бланкет („одеяло“) за производството на тритий. Когато неутроните, отделяни при сливането на ядрата на деутерия и трития, попаднат в лития, съдържащ се в FLiBe, възниква ядрена реакция, която генерира нов тритий. Но ефективността на този процес силно зависи от атомната структура на солта и нейните локални конфигурации — именно тях учените моделираха.

„Съчетаването на квантови изчисления, изкуствен интелект и класически изчисления е необходимо за решаването на най-фундаменталните научни задачи, пред които е изправено обществото — това позволява да се разкрият възможности, недостъпни за нито един от тези подходи поотделно“,

заяви Джери Чоу, технически директор на IBM.

Изследването бе проведено в рамките на програмата „Genesis Mission“ на Министерството на енергетиката на САЩ, чиято цел е да осигури гориво за бъдещите термоядрени електроцентрали.

Успешното симулиране на сложни атомни структури чрез квантови системи поставя началото на нова ера в разработването на чисти енергийни източници. Тези пробиви доказват, че квантовите технологии вече излизат от теоретичната сфера и започват директно да оформят бъдещето на глобалната индустрия и енергийна независимост.