Un computer quantistico ha calcolato per la prima volta le configurazioni molecolari di un materiale chiave per la fusione nucleare. IBM, Oak Ridge National Laboratory (ORNL) e Cleveland Clinic hanno simulato nove configurazioni del FLiBe — un sale fuso composto da fluoro, litio e berillio — determinando come questo materiale lega e rilascia il trizio a livello atomico. È la prima dimostrazione nota al mondo di questo tipo di calcolo su hardware quantistico.
Il cuore del problema è il trizio. Isotopo dell’idrogeno estremamente raro in natura, è il combustibile necessario per la quasi totalità dei reattori a fusione oggi in fase di sviluppo. Garantirne forniture adeguate è da decenni uno degli ostacoli più concreti alla realizzazione di impianti a fusione commerciali. Il FLiBe è il candidato più promettente per produrlo e recuperarlo: quando i neutroni emessi dal plasma di fusione colpiscono il sale fuso, gli atomi di litio-6 si scindono generando trizio. Il problema è che modellare con precisione la chimica di questo processo a livello molecolare supera i limiti pratici dei computer classici. La teoria del funzionale della densità — lo strumento standard per questi calcoli — può sbagliare l’energia libera del sale fino al 10%, una soglia troppo alta per previsioni affidabili.
Il team ha usato un approccio ibrido chiamato quantum-centric supercomputing: i calcoli vengono suddivisi tra processori classici e il chip quantistico Heron a 156 qubit di IBM, ospitato presso ORNL. Le porzioni molecolari più complesse — quelle in cui l’entanglement elettronico rende inefficaci i metodi classici — vengono assegnate al computer quantistico tramite una tecnica chiamata wave function-based embedding (EWF), combinata con la diagonalizzazione quantistica campionata (SQD). Il risultato è stato validato confrontandolo con i metodi classici più avanzati: i calcoli coincidono, ma il percorso quantistico è destinato a scalare su sistemi molto più grandi. Lo stesso approccio viene già applicato a simulazioni proteiche da 12.635 atomi in collaborazione con Cleveland Clinic.
Il lavoro rientra nella Genesis Mission del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, che mette insieme sette laboratori nazionali DOE, quattro università e tre partner industriali con l’obiettivo di ottimizzare la produzione e l’estrazione di trizio in materiali per il mantello dei reattori a fusione. Sapere se il trizio, dopo la scissione del litio, si lega al fluoro formando fluoruro di trizio — corrosivo e difficile da estrarre — oppure rimane libero come gas è una distinzione che determina l’intera progettazione del sistema di raccolta del combustibile. Rispondere a questa domanda richiede esattamente il tipo di precisione che i computer classici faticano a raggiungere.
La collaborazione è in corso. L’obiettivo a breve termine è ridurre i tempi di trasferimento dei dati tra risorse quantistiche e classiche e aumentare la dimensione delle interazioni molecolari simulate. L’orizzonte più lontano è un sistema a ciclo chiuso — computer quantistici, supercomputer e intelligenza artificiale integrati — capace di progettare e verificare direttamente nuovi materiali per i reattori. Se quel sistema funzionerà, la strada verso il combustibile per la fusione commerciale potrebbe diventare molto più corta.
