Kvantové počítače odhalily klíč k palivu pro jadernou fúzi: Velký krok k čisté energii

Vědci poprvé využili kvantové superpočítače k identifikaci devíti konfigurací materiálu nezbytného pro výrobu tritia, klíčového paliva pro jadernou fúzi.

Vědci poprvé využili kvantové superpočítače k identifikaci devíti konfigurací materiálu nezbytného pro výrobu tritia, klíčového paliva pro jadernou fúzi. Tento významný pokrok představuje zásadní krok k překonání jedné z největších překážek v cestě za využitím čisté energie z fúze.

Většina navrhovaných fúzních reaktorů, známých jako tokamaky, je poháněna fúzí tritia a deuteria. Obě látky jsou izotopy vodíku, přičemž deuterium je stabilní a tritium radioaktivní. Jejich fúzní reakce produkuje helium, volný neutron a značné množství energie. Tato kombinace má vysokou reakční rychlost a energetický výtěžek, avšak tritium se na Zemi přirozeně vyskytuje pouze ve stopových množstvích v atmosféře, kde vzniká interakcí s kosmickým zářením. Efektivní způsob jeho „pěstování“ je proto nezbytný pro komerční využití fúze.

Nyní se výzkumníci z Cleveland Clinic, Oak Ridge National Laboratory, IBM T.J. Watson Research Center a Michigan State University obrátili na superpočítače. Konkrétně použili kvantově-centrickou superpočítačovou techniku, kterou Cleveland Clinic využívá k simulaci konfigurací proteinů. Tyto výkonné počítače odhalily devět různých molekulárních konfigurací látky zvané FLiBe, roztavené soli složené z fluoridu lithného a fluoridu berylnatého. FLiBe je ideálním kandidátem pro produkci tritia, neboť uvnitř fúzního reaktoru slouží jako „chovná deka“, kde se tritium tvoří za extrémně vysokých teplot.

Zastánci fúzní energie ji považují za čistý zdroj, který neuvolňuje emise skleníkových plynů jako fosilní paliva a produkuje výrazně méně radioaktivního odpadu než kontroverznější jaderné štěpení. Ačkoliv se fúze dosud potýkala s technologickými překážkami a byla omezena na laboratorní prostředí – teprve koncem roku 2022 vědci v americké Lawrence Livermore National Laboratory dosáhli „bod zlomu“, kdy reakce vyprodukovala více energie, než bylo potřeba k jejímu spuštění – řešení problému s tritiem je klíčové pro její skutečnou budoucnost.

Tom Beck, počítačový chemik z Oak Ridge National Laboratory, zdůrazňuje, že kvantové počítače jsou klíčovými nástroji, které urychlují cykly objevování a navrhování potřebné k výrobě dostatečného množství tritia pro fúzní reaktory. I když se zatím jedná o simulace, proces umožnil vědcům lépe porozumět elektronické struktuře FLiBe, atomovému chování a síle molekulárních vazeb v tritiu, které by mohlo vzniknout z každé konfigurace. To znamená, že vědci mohou tento pracovní postup využít k identifikaci konfigurací, které stojí za to prozkoumat, než je otestují v reálném životě, čímž ušetří čas a náklady na obtížné a drahé experimenty, které by nikam nevedly. Jerry Chow, výzkumník v oblasti experimentálního kvantového počítání z IBM, dodává, že tyto výsledky přispívají k rostoucímu množství důkazů, že kvantově-centrické superpočítání je nyní praktickým vědeckým nástrojem pro problémy, které dlouho trápily chemiky, inženýry a materiálové vědce.