Группа исследователей добилась значительного методологического прорыва в области термоядерной энергетики. Команда использовала суперкомпьютеры с квантовыми вычислениями для моделирования химического поведения специальной расплавленной соли. Этот материал, известный как FLiBe, в настоящее время считается наиболее перспективным кандидатом для эффективного производства трития, необходимого для работы будущих термоядерных реакторов.

Изображение: нейросеть qwen

Термоядерный синтез считается перспективной технологией чистой энергии. Для его работы, изотопы водорода, дейтерий и тритий, должны сливаться в гелий в реакторе при температурах, превышающих 100 млн °C, высвобождая огромное количество энергии и высокоэнергетических нейтронов. Однако ключевой проблемой на пути к функционированию электростанций является обеспечение чрезвычайно редким топливом — тритием. Поскольку коммерческая электростанция будет вынуждена производить собственный тритий, исследователи ищут оптимальные методы его производства.

Для достижения этой цели горячая плазма в термоядерной камере должна быть окружена оболочкой из жидкой смеси фтора, лития и бериллия, которая захватывает нейтроны, вырывающиеся во время термоядерного синтеза. Когда эти нейтроны сталкиваются с литием в расплавленной соли, происходит расщепление, в результате чего образуется новый тритий, который затем необходимо извлечь из чрезвычайно динамичной смеси.

Точное понимание того, растворяется ли вновь образованный тритий в газообразном состоянии или связывается с фтором, образуя токсичный фторид трития, имеет решающее значение для последующего извлечения. Исследователи до сих пор пытались моделировать это поведение с помощью классических суперкомпьютеров, но сталкивались с погрешностями до десяти процентов, из-за сложных квантово-механических эффектов.

IBM и ее партнеры решили эту аналитическую проблему, применив гибридный подход, сочетающий классическое оборудование и квантовые вычисления. В этом методе, называемом «квантово-центрированными суперкомпьютерами», классические компьютеры обрабатывают более простые части химического моделирования, в то время как квантовый компьютер вычисляет наиболее сложные атомные кластеры.

Издание BGR называет эту технологию прорывом, меняющим мир. В ходе первого этапа исследования ученые смоделировали всего девять конфигураций небольшого кластера из 21 иона, тогда как для реального термоядерного реактора требуется соляная оболочка толщиной в несколько метров, содержащая бесчисленное множество частиц.

Конечная цель этого исследования — разработка автоматизированной цепочки анализа с использованием искусственного интеллекта, суперкомпьютеров и квантовых компьютеров. В будущем разработчики смогут оптимизировать свойства бесчисленного количества расплавленных солей на компьютере, прежде чем проводить дорогостоящие и трудоемкие лабораторные испытания. Хотя до коммерческой электростанции еще далеко, значительное технологическое препятствие, похоже, уже находится в пределах досягаемости.