Расчет поведения электронов в таких сложных материалах, как FLiBe, требует колоссальных вычислительных мощностей. Классические суперкомпьютеры, даже самые мощные, с трудом справляются с моделированием квантовых эффектов на атомном уровне, когда число частиц переваливает за несколько десятков. Именно здесь на помощь приходят квантовые компьютеры, которые оперируют не битами, а кубитами и могут естественным образом моделировать квантовые состояния материи, пишет Phys.

Исследователи из Окриджской национальной лаборатории, Кливлендской клиники и IBM рассчитали девять различных молекулярных конфигураций кластеров FLiBe — то есть то, как атомы фтора, лития и бериллия могут группироваться в растворе. Эти конфигурации критически важны для понимания того, как эффективно тритий высвобождается из материала при облучении нейтронами. Работа была выполнена с использованием тех же вычислительных методов, которые недавно применялись для моделирования белков из 12 635 атомов в биологических исследованиях.

FLiBe — это расплавленная соль, которая в термоядерных реакторах выполняет двойную функцию: она служит теплоносителем и одновременно бланкетом («одеялом») для производства трития. Когда нейтроны, выделяющиеся при слиянии ядер дейтерия и трития, попадают в литий, содержащийся в FLiBe, происходит ядерная реакция, порождающая новый тритий. Но эффективность этого процесса сильно зависит от атомной структуры соли и ее локальных конфигураций — именно их и моделировали ученые.

«Объединение квантовых вычислений, искусственного интеллекта и классических вычислений необходимо для решения самых фундаментальных научных задач, стоящих перед обществом, — это позволяет раскрыть возможности, недоступные ни одному из этих подходов по отдельности», — заявил Джерри Чоу, технический директор IBM.

Исследование было проведено в рамках программы Министерства энергетики США Genesis Mission, цель которой — обеспечить топливом будущие термоядерные электростанции.

В прошлом году физикам впервые удалось получить тритий внутри собственного термоядерного реактора. Это произошло в результате многоэтапного 55-часового облучения литиевого бланкета потоками нейтронов.