Ученые впервые использовали квантовый компьютер для моделирования материалов термоядерного синтеза

Исследователи из Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL), Кливлендской клиники и корпорации IBM впервые задействовали квантовые вычислительные мощности для моделирования девяти молекулярных состояний FLiBe. Эта смесь фторидов лития и бериллия считается одним из наиболее многообещающих материалов для наработки топлива в перспективных термоядерных реакторах.

Ключевой целью эксперимента стало исследование динамики взаимодействия атомов FLiBe с тритием — редчайшим изотопом водорода, критически важным для функционирования термоядерных систем. Поскольку запасы трития в природе крайне ограничены, реакторы будущего должны будут синтезировать или эффективно извлекать этот ресурс автономно.

Обеспечение стабильной топливной базы является одним из главных вызовов термоядерной индустрии. Оптимизация свойств FLiBe — приоритетное направление инициативы Genesis Mission, объединяющей потенциал суперкомпьютеров, нейросетевых алгоритмов и квантовых технологий для радикального ускорения научно-технического прогресса.

FLiBe рассматривается как ключевой компонент защитных оболочек термоядерных установок, где и будут протекать реакции генерации трития. Однако поведение этой соли в экстремальных условиях — при воздействии интенсивного нейтронного потока, колоссальных температур и мощных магнитных полей — остается труднопрогнозируемым.

Чтобы детально изучить свойства материала на молекулярном уровне, специалисты применили гибридный подход, распределив вычислительную нагрузку между квантовыми и классическими системами. Это позволило с высокой точностью описать электронную структуру FLiBe и проследить за характером связей атомов с тритием. Вычислив энергетические параметры различных конфигураций молекул, команда смогла выявить наиболее эффективные способы удержания изотопа.

Ранее подобные задачи были практически невыполнимы из-за невероятной сложности вычислений. Традиционные методы аппроксимации зачастую грешат неточностями при работе со сложными молекулярными комплексами. Квантовые же алгоритмы позволяют напрямую моделировать квантовую природу электронов, становясь мощным дополнением к классическим суперЭВМ.

Для достижения этих результатов был адаптирован инструментарий, ранее успешно примененный специалистами IBM и Кливлендской клиники при моделировании сложных биологических систем, включая белки с числом атомов более 12 тысяч. Успешный перенос данной методологии из сферы биофизики в материаловедение знаменует важный шаг в развитии энергетических технологий нового поколения.

Источник: iXBT