В IBM применили квантовые вычисления для моделирования FLiBe — расплавленной соли, которая может способствовать получению трития для будущих термоядерных реакторов
Наука и космос208 июл 22:31
Исследователи из Национальной лаборатории Министерства энергетики США Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Cleveland Clinic и компании IBM впервые провели на квантовых компьютерах расчёт девяти молекулярных структур материала FLiBe — расплавленной соли, состоящей из фтора, лития и бериллия, рассматриваемой как один из многообещающих материалов для производства топлива для термоядерных реакторов.
Расчёты были сосредоточены на исследовании взаимодействия атомов в FLiBe с тритием — редким изотопом водорода, необходимым для большинства проектируемых термоядерных установок. Тритий в природе практически не встречается в достаточном количестве, поэтому будущим реакторам будет необходимо самостоятельно производить или извлекать его.
Одной из ключевых задач в развитии термоядерной энергетики остаётся обеспечение стабильного источника трития. Для этого в реакторах планируется использовать материалы, которые могут 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.
FLiBe рассматривается как возможный кандидат для применения 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 разобраться в свойствах материала на атомном уровне, команда использовала метод, при котором квантовые компьютеры и классические суперкомпьютеры совместно решают различные части одной и той же задачи. Этот подход позволил исследовать электронную структуру FLiBe и определить, как именно атомы материала взаимодействуют с тритием. Учёные вычислили энергию различных вариантов расположения атомов в молекулах соли с тритием и без него, а затем выяснили, какие конфигурации могут более эффективно связывать этот изотоп и каким образом происходят эти взаимодействия.
Ранее подобные задачи было трудно масштабировать из-за высокой вычислительной сложности. Классические методы могут давать приближённые результаты, но иногда теряют точность при моделировании сложных молекулярных систем. Квантовые вычисления предоставляют возможность непосредственно исследовать квантовое поведение электронов в таких материалах, дополняя возможности традиционных вычислительных систем.
В данной работе применялись методы, которые ранее использовались совместной командой IBM и Cleveland Clinic для моделирования сложных биологических систем, включая белковые структуры размером до 12 635 атомов. Теперь этот вычислительный подход был перенесён из области биологии в материаловедение для задач, связанных с термоядерной энергетикой.
Darth SaharaИсточники:arXivНаука и космос2IBMКвантовые вычисленияВысокопроизводительные вычисленияТермоядерная энергетика08 июл 22:31
Источник