В IBM использовали квантовые вычисления для моделирования FLiBe — расплавленной соли, которая может помочь получать тритий для будущих термоядерных реакторов
Учёные из Национальной лаборатории Министерства энергетики США (Oak Ridge National Laboratory, ORNL), клиники Cleveland Clinic и компании IBM впервые использовали квантовые компьютеры для расчёта девяти молекулярных конфигураций материала FLiBe. Это расплавленная соль на основе фтора, лития и бериллия, которую рассматривают как перспективный компонент для производства топлива в термоядерных реакторах.
Исследование было сфокусировано на взаимодействии атомов внутри FLiBe с тритием — редким изотопом водорода, критически важным для работы большинства термоядерных установок. Поскольку тритий практически не встречается в природе, будущим энергетическим реакторам потребуется метод его самостоятельного производства или извлечения непосредственно в процессе работы.
Обеспечение стабильного источника трития — одна из главных инженерных задач в области термоядерной энергетики. Специалисты планируют использовать специальные материалы, способные генерировать и удерживать изотоп, в слоях защиты вокруг плазменной камеры. Оптимизация состава соли FLiBe стала одной из ключевых задач программы Genesis Mission, объединяющей ресурсы суперкомпьютеров, искусственного интеллекта и квантовых вычислений для ускорения научных открытий.
Поведение FLiBe в условиях действующего реактора крайне сложно прогнозировать: состав соли меняется под воздействием экстремальных температур, мощных магнитных полей и интенсивного нейтронного излучения. Чтобы проанализировать свойства материала на атомном уровне, исследователи применили гибридный подход, при котором квантовые системы и классические суперкомпьютеры совместно обрабатывали разные части вычислительной задачи.
Этот метод позволил детально изучить электронную структуру FLiBe и понять механизмы связывания трития. Команда рассчитала энергию различных вариантов конфигурации атомов в молекулах соли, что помогло определить наиболее эффективные способы удержания изотопа.
Традиционные вычислительные методы позволяют получить лишь приближенные данные, часто теряя точность при моделировании столь сложных молекулярных систем. Квантовые вычисления открывают доступ к прямому изучению квантового поведения электронов, что значительно дополняет возможности классической науки.
Для достижения результата учёные адаптировали алгоритмы, которые ранее применялись в совместных проектах IBM и Cleveland Clinic для моделирования сложных биологических структур, содержащих более 12 000 атомов. Успешный перенос этих вычислительных методов в сферу материаловедения стал важным шагом в развитии технологий для термоядерной энергетики.
