Группа американских ученых из Ок-Риджской национальной лаборатории, Кливлендской клиники и компании IBM впервые выполнила на квантовом компьютере расчеты молекулярной структуры материала, который считается одним из наиболее перспективных для получения топлива для термоядерных реакторов. Результаты исследования опубликовали в виде препринта на сервере arXiv.
Исследователи рассчитали девять различных конфигураций расплава FLiBe — смеси фторидов лития и бериллия. Этот материал рассматривается как один из главных кандидатов для производства и извлечения трития — крайне редкого изотопа водорода, необходимого для работы большинства проектов термоядерных электростанций. По словам ученых, моделирование подобных материалов требует огромных вычислительных ресурсов. Квантовые компьютеры позволяют точнее рассчитывать поведение электронов на атомном уровне, дополняя возможности классических суперкомпьютеров.
Для расчетов специалисты использовали подход квантово-центричных вычислений, при котором классические процессоры и квантовые вычислители работают совместно. Аналогичную технологию ранее применяли для моделирования белков, состоящих более чем из 12 тыс. атомов. Новый метод позволил определить электронную структуру FLiBe и выяснить, как материал взаимодействует с тритием.
В частности, исследователи смогли оценить, насколько прочно разные молекулярные конфигурации удерживают этот изотоп и по каким механизмам происходит его связывание. Полученные результаты помогут оптимизировать состав FLiBe, который в термоядерном реакторе должен одновременно выдерживать экстремальные температуры, нейтронное излучение и сильные магнитные поля, а также эффективно производить тритий.
Проект реализуется в рамках программы Министерства энергетики США Genesis Mission, цель которой — объединить возможности суперкомпьютеров, искусственного интеллекта и квантовых вычислений для решения сложнейших научных задач. Ученые планируют расширить масштаб моделирования и ускорить обмен данными между квантовыми и классическими вычислительными системами. В перспективе такой подход может использоваться для проектирования новых материалов, необходимых для промышленной термоядерной энергетики.
Источник: hi-tech.mail.ru