La computación cuántica avanza en el modelado de la sal FLiBe para mejorar la producción d

El tritio —un isótopo raro del hidrógeno esencial para la mayoría de los proyectos de fusión nuclear— prácticamente no existe en la naturaleza, con reservas globales medidas solo en kilogramos, según el Organismo Internacional de Energía Atómica. Esta escasez obliga a que los grandes reactores experimentales y los futuros reactores comerciales de fusión produzcan tritio in situ. Un desafío crítico ha sido identificar materiales que puedan generar tritio de manera eficiente sin degradarse bajo las intensas condiciones del reactor.

FLiBe, una sal fundida compuesta por fluoruro de litio y fluoruro de berilio, ha sido considerada desde hace tiempo para las mantas de reactores de fusión encargadas de criar tritio. Sin embargo, predecir cómo su estructura atómica interactúa con el tritio en ambientes hostiles —calor extremo, irradiación por neutrones y campos magnéticos intensos cerca de las cámaras de plasma— sigue siendo difícil. Los investigadores abordaron esto combinando computación cuántica con superordenadores clásicos para simular la estructura electrónica de FLiBe. Modelaron nueve configuraciones atómicas diferentes, tanto con tritio como sin él, revelando qué disposiciones atrapan mejor al isótopo.

IBM dirigió los cálculos cuánticos como parte de la Misión Génesis, una iniciativa estadounidense que integra computación de alto rendimiento, inteligencia artificial y tecnología cuántica para acelerar el descubrimiento de materiales energéticos. Esto marca el primer uso por parte de IBM de métodos híbridos cuántico-clásicos aplicados específicamente al combustible termonuclear. Anteriormente, enfoques similares sustentaron el modelado bioquímico en la Cleveland Clinic, incluidas predicciones de estructura de proteínas que involucraron hasta 12,635 átomos.

El beneficio potencial es significativo. FLiBe tiene un papel destacado en los diseños de mantas de fusión y en conceptos de reactores compactos, y sales fluoradas similares han sido estudiadas durante mucho tiempo para reactores de fisión. Escalar este enfoque de modelado desde nueve configuraciones atómicas a simulaciones más grandes y complejas de materiales reales de reactores podría ofrecer a los desarrolladores de ITER, DEMO y de startups privadas de fusión una herramienta más precisa para diseñar sistemas de cría de tritio.

En comparación con las simulaciones de materiales tradicionales que dependen únicamente de ordenadores clásicos, el enfoque híbrido cuántico-clásico ofrece una vía prometedora para afrontar la inmensa complejidad de estos sistemas. A medida que la investigación en fusión se intensifica a nivel mundial, los avances en ciencia de materiales asistida por la computación cuántica podrían convertirse en una ventaja competitiva para resolver la escasez de tritio, lo que convierte a esta colaboración entre IBM, ORNL y la Cleveland Clinic en un indicador clave para el desarrollo de tecnologías de fusión de próxima generación.

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