Computerul cuantic intră în cursa pentru fuziune: materialul rar care poate apropia energia curată aproape nelimitată

Fuziunea nucleară primește un impuls neașteptat din zona calculatoarelor cuantice. Cercetătorii de la IBM și Oak Ridge National Laboratory au folosit o combinație de supercomputing, inteligență artificială și quantum computing pentru a modela producerea tritiului. Acesta este un izotop extrem de rar al hidrogenului, esențial pentru reactoarele de fuziune, potrivit Live Science.

Studiul, publicat momentan pe serverul arXiv și nevalidat încă prin peer review, marchează un pas important în încercarea de a rezolva una dintre cele mai dificile probleme ale fuziunii nucleare: cum produci suficient tritiu pentru ca un reactor să poată funcționa la scară mare.

Tritiul este una dintre piesele-cheie ale visului numit energie de fuziune. Fără el, scenariul unei surse de energie curate, masive și stabile rămâne blocat în laborator.

De ce tritiul este atât de important

Fuziunea nucleară funcționează prin unirea nucleelor atomice, proces care eliberează cantități uriașe de energie. Este același principiu care alimentează Soarele, doar că oamenii încearcă să îl reproducă pe Pământ într-un mod controlat.

Vezi și:

Clădirea în care locuiești ar putea fi verificată. Ce este evaluarea vizuală rapidă și cum se face

Combustibilul considerat cel mai promițător pentru multe reactoare de fuziune este format din deuteriu și tritiu. Deuteriul poate fi obținut relativ ușor din apă de mare, unde se găsește în cantități suficiente.

Tritiul, în schimb, este foarte rar. Este radioactiv, are un timp de înjumătățire de aproximativ 12 ani și se produce pe Pământ în cantități mici. Estimările citate de cercetători arată că anual sunt produse doar aproximativ 20 de kilograme.

Aici apare blocajul. Dacă vrei reactoare de fuziune comerciale, ai nevoie de o metodă eficientă de a produce tritiu chiar în interiorul sistemului.

Vezi și:

Premieră mondială în genetică: oamenii de știință au încărcat un genom complet într-un computer cuantic

România intră în era calculului cuantic. La Iași va fi instalat unul dintre cele mai avansate sisteme IBM din Europa

În teorie, acest lucru se poate face prin bombardarea litiului cu neutroni. În practică, chimia este atât de complexă încât nici măcar supercomputerele clasice nu pot modela ușor toate reacțiile relevante.

De aceea, noua cercetare este importantă pentru domeniul fuziunii nucleare. Nu produce încă energie pentru rețea, dar oferă o cale mai bună pentru înțelegerea materialelor care ar putea alimenta viitoarele reactoare.

Cum au lucrat împreună AI-ul, supercomputerul și computerul cuantic

Cercetătorii au analizat un material numit FLiBe, un amestec de săruri topite care conține fluor, litiu și beriliu. Acesta este considerat unul dintre candidații principali pentru „pătura” unui reactor de fuziune, adică stratul care înconjoară plasma și ajută la producerea tritiului.

Această pătură de sare topită trebuie să facă mai multe lucruri în același timp. Trebuie să reziste într-un mediu extrem, să contribuie la producerea tritiului și să permită recuperarea acestuia fără să creeze compuși greu de eliminat.

Problema este că, în timpul bombardării cu neutroni, chimia materialului se schimbă constant. Tritiul se poate lega în mai multe moduri, iar unele variante sunt mai utile decât altele.

Dacă tritiul se leagă de fluor, poate forma un compus coroziv și greu de extras. Dacă se leagă de alt atom de tritiu și formează gaz, poate fi recuperat mult mai ușor.

Pentru a estima aceste scenarii, echipa a folosit un flux de lucru hibrid. Inteligența artificială a ajutat la selectarea și testarea candidaților, supercomputerul Frontier de la Oak Ridge a modelat structurile atom cu atom, iar un procesor cuantic IBM Quantum Heron a preluat calculele cele mai dificile.

Este un exemplu concret al felului în care un computer cuantic poate fi folosit nu pentru demonstrații spectaculoase, ci pentru o problemă științifică reală, unde metodele clasice ajung la limită.

Ce înseamnă descoperirea pentru energia viitorului

Cercetătorii au testat metoda pe nouă configurații moleculare ale sării FLiBe. Rezultatele sugerează că fluxul hibrid, cu o parte din calcule realizate pe hardware cuantic, poate păstra acuratețea necesară pentru studierea unor reacții extrem de complexe.

Este important de spus că nu avem încă un reactor de fuziune comercial datorită acestui studiu. Nu este o descoperire care aprinde direct becurile orașelor.

Este, mai degrabă, o piesă dintr-un puzzle uriaș. Dacă oamenii de știință pot modela mai bine materialele din interiorul reactoarelor, pot proiecta sisteme mai eficiente pentru producerea tritiului.

Iar fără tritiu, promisiunea fuziunii rămâne incompletă. Un reactor poate avea plasmă, magneți puternici și temperaturi uriașe, dar are nevoie și de combustibil suficient pentru a susține reacția.

Miza este uriașă. Fuziunea promite energie fără emisii directe de carbon și fără deșeuri radioactive de lungă durată, spre deosebire de fisiunea nucleară clasică. Tocmai de aceea, interesul pentru energia nucleară revine puternic, mai ales într-o lume în care centrele de date și sistemele AI consumă tot mai mult curent.

Următorul pas este modelarea unor sisteme mai mari de săruri topite și testarea mai multor configurații moleculare. Cercetătorii vor să vadă dacă AI-ul poate reduce timpul necesar pentru identificarea celor mai promițătoare materiale.

Dacă această direcție se confirmă, calculul cuantic ar putea deveni un instrument esențial pentru proiectarea reactoarelor de fuziune. Nu va înlocui experimentele din laborator, dar le poate ghida mai eficient.

Iar pentru o tehnologie care promite energie curată aproape nelimitată, fiecare scurtătură științifică bine verificată contează.