تم استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكمومية لأول مرة لمحاكاة تسعة أنواع مختلفة من الوقود الاندماجي
يمكن للاندماج النووي أن يوفر للبشرية طاقة نظيفة. للحفاظ على التفاعل، يحتاج المهندسون إلى التريتيوم، وهو نظير مشع ثقيل للهيدروجين. وهذا العنصر نادر للغاية في الطبيعة، لذا يخطط الفيزيائيون لإنتاجه مباشرة داخل المفاعلات المستقبلية. إحدى الطرق الرئيسية لإنتاج التريتيوم تتطلب استخدام سائل مصهور من أملاح الفلور والليثيوم والبريليوم. عندما يعمل المفاعل، يقوم الإشعاع بتكسير ذرات الليثيوم وتحويلها إلى التريتيوم. يحتاج العلماء إلى معرفة كيفية ارتباط الذرات الجديدة بجزيئات الملح المحيطة بها لاستخراج الوقود النهائي بشكل فعال. ومن الصعب حساب سلوك هذه الجزيئات: فالملح يتكون من أيونات مشحونة تتفاعل باستمرار وتشوه السحب الإلكترونية لبعضها البعض. لم تتمكن أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكلاسيكية من التعامل مع حساب هذه الخصائص بسبب العدد الهائل من المتغيرات.
وفي العمل الجديد، استخدم الفيزيائيون حاسوبًا كميًا فائقًا لحل هذه المشكلة. تم نشر النتائج على خادم الطباعة المسبقة arXiv. شرع العلماء في حساب طاقة الربط للتريتيوم في تسعة تكوينات مكانية مختلفة للملح المنصهر. ولهذا الغرض، تم استخدام خوارزمية هجينة. قام الفيزيائيون بتقسيم النماذج الرقمية لجزيئات الملح إلى أجزاء منفصلة. قام الكمبيوتر الكلاسيكي بحساب أجزاء بسيطة من الجزيء. تم إرسال الأقسام الأكثر تعقيدًا، والتي تحتوي على ما يصل إلى 33 مدارًا إلكترونيًا، إلى معالج كمي. ثم قامت الخوارزمية بدمج الإجابات في نتيجة واحدة. تعامل الكمبيوتر الكمي مع عمليات المحاكاة الكيميائية المعقدة، وتطابقت تنبؤاته مع النماذج المرجعية الكلاسيكية الأكثر دقة. لقد وجد الفيزيائيون أن التريتيوم يشكل روابط قوية للغاية مع ذرات الفلور. ويصبح النظير محبوسًا داخل التركيب الجزيئي للصهارة. هذا الاقتران الصلب هو الذي يمنع إزالة الوقود النهائي بسهولة من السائل. ومن خلال معرفة القوة الدقيقة بين الذرات، سيتمكن المهندسون من التوصل إلى طريقة كيميائية فعالة لإطلاق التريتيوم لتشغيل المفاعل. كان مؤلفو العمل العلمي مقتنعين بأن المعالجات الكمومية تحسب الحالات الإلكترونية داخل الأجزاء المعقدة بشكل لا تشوبه شائبة تقريبًا. علينا الآن أن نجد أفضل طريقة لتقسيم الجزيء نفسه رياضيًا إلى أجزاء حتى لا تفقد الخوارزمية بيانات حول تفاعل الذرات عند الحدود.
[shesht-info-block number=1]ونتيجة لذلك، نجح الفيزيائيون في اختبار تشغيل الأنظمة الكمومية على سائل مشحون معقد واتخذوا خطوة أخرى نحو إنشاء مختبر رقمي للطاقة النووية الحرارية. وفي المستقبل، سيسمح هذا للمهندسين باستخدام أجهزة الكمبيوتر للبحث عن “الوصفة المثالية” للملح المستخدم في المفاعلات.
