Квантовые компьютеры впервые смоделировали конфигурации материала для термоядерного топлива
[unable to retrieve full-text content]
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), Cleveland Clinic и компании IBM впервые выполнили на квантовых компьютерах расчёт девяти молекулярных конфигураций материала FLiBe — расплавленной соли из фтора, лития и бериллия, которую рассматривают как один из перспективных материалов для получения топлива для термоядерных реакторов.
Расчёты были направлены на изучение того, как атомы внутри FLiBe взаимодействуют с тритием — редким изотопом водорода, который необходим большинству концепций термоядерных установок. Тритий почти не встречается в природе в достаточных количествах, поэтому будущим реакторам потребуется самостоятельно производить или извлекать его.
Одной из главных задач при создании термоядерной энергетики остаётся обеспечение стабильного источника трития. Для этого в реакторах планируется использовать материалы, способные участвовать в его производстве и удержании. Оптимизация состава FLiBe является одной из целей американской программы Genesis Mission, которая объединяет методы высокопроизводительных вычислений, искусственного интеллекта и квантовых технологий для ускорения научных открытий.
Источник: IBM
FLiBe рассматривается как кандидат для использования в слоях материала вокруг плазменной камеры, где могут происходить процессы получения трития. Однако его поведение в условиях будущих установок сложно предсказать: состав соли может изменяться под воздействием интенсивного нейтронного излучения, высоких температур и магнитных полей.
Чтобы понять свойства материала на атомном уровне, команда использовала подход, при котором квантовые компьютеры и классические суперкомпьютеры совместно решают разные фрагменты одной задачи. Такой метод позволил изучить электронную структуру FLiBe и определить, как именно атомы материала взаимодействуют с тритием. Учёные рассчитали энергию различных вариантов расположения атомов в молекулах соли с тритием и без него, а затем определили, какие конфигурации могут сильнее связывать этот изотоп и каким образом происходят эти взаимодействия.
Ранее подобные задачи было сложно масштабировать из-за высокой вычислительной сложности. Классические методы позволяют получать приближенные результаты, но в некоторых случаях могут терять точность при моделировании сложных молекулярных систем. Квантовые вычисления дают возможность напрямую изучать квантовое поведение электронов в таких материалах, дополняя возможности традиционных вычислительных систем.
В работе использовались методы, которые ранее применялись совместной командой IBM и Cleveland Clinic для моделирования сложных биологических систем, включая белковые структуры размером до 12 635 атомов. Теперь этот вычислительный подход перенесли из области биологии в материаловедение для задач, связанных с термоядерной энергетикой.
© iXBT
