IBM הדגימה שימוש חדש למחשב קוונטי במחקר בתחום ההיתוך הגרעיני

IBMIBM , יחד עם חוקרים מהמעבדה הלאומית Oak Ridge National Laboratory ומכון המחקר Cleveland Clinic, הצליחה לראשונה להשתמש במחשב קוונטי כדי לחשב תצורות של חומר המשמש לייצור טריטיום - אחד המרכיבים החשובים ביותר בדלק של כורי היתוך גרעיני. המחקר מתמקד בטריטיום, סוג נדיר של מימן המשמש כדלק ברוב פרויקטי ההיתוך המתקדמים בעולם. היכולת לייצר טריטיום בכמויות מספקות נחשבת לאחד המכשולים המרכזיים בדרך להקמת תחנות כוח מסחריות המבוססות על היתוך גרעיני.

החוקרים בחנו חומר בשם FLiBe, תערובת המבוססת על פלואור, ליתיום ובריליום. החומר נחשב לאחד המועמדי המובילים לייצור ולהפקת טריטיום בתוך כורי היתוך, אך קשה מאוד לחזות כיצד יתנהג בתנאי העבודה הקיצוניים השוררים בתוך הכור. במסגרת המחקר חושבו תשע תצורות מולקולריות שונות של החומר. מדובר בחישובים מורכבים במיוחד משום שהחומר פועל תחת קרינת ניוטרונים חזקה, טמפרטורות גבוהות מאוד ושדות מגנטיים עוצמתיים.

לפי המאמר שפרסמו החוקרים, הם השתמשו בשילוב של מחשב-על קלאסי ומחשב קוונטי. חלק מהחישובים בוצעו במחשב קלאסי וחלקם במחשב הקוונטי של IBM, כדי להבין בצורה מדויקת יותר כיצד טריטיום נקשר לחומר ובאילו צורות הוא עשוי להופיע בתוכו.

במחקר נבחנו תשעה אשכולות מולקולריים שונים של FLiBe. לפי תוצאות העבודה, המערכת המשולבת הצליחה לשחזר את אנרגיות היסוד של החומר ברמת דיוק גבוהה מאוד, עם פער של עד 0.7 קילו-קלוריה למול וסטייה ממוצעת של 0.3 קילו-קלוריה למול בהשוואה לשיטות החישוב המדויקות ביותר הקיימות כיום.

החוקרים מצאו גם כי פערי האנרגיה בין חישובים מפוצלים לחישובים מלאים עמדו בממוצע על 12 קילו-קלוריה למול עבור הבדלי אנרגיה במבנה החומר ועל 110 קילו-קלוריה למול עבור אנרגיות הקשורות לקישור טריטיום. לדבריהם, הממצאים מצביעים על כך שהאתגר המרכזי אינו החישוב שמבצע המחשב הקוונטי עצמו, אלא הדרך שבה מחלקים את המערכת לחלקים לצורך ביצוע החישוב.

לדברי החוקרים, מדובר בהדגמה ראשונה מסוגה במערכת יונית טעונה ובמלח אנאורגני מותך - סביבה שנחשבת קשה במיוחד לחישוב בגלל האינטראקציות החשמליות המורכבות המתרחשות בה. המחקר הוא חלק מתוכנית Genesis של משרד האנרגיה האמריקאי, שמטרתה לשלב מחשבי-על, בינה מלאכותית ומחשוב קוונטי כדי להאיץ מחקרים מדעיים בתחומים שונים, בהם גם אנרגיית היתוך.

ב-IBM אומרים כי המחקר עשוי לסייע בעתיד בפיתוח כלים מתקדמים יותר לתכנון ולאימות חומרים חדשים עבור כורי היתוך. במקביל בוחנים החוקרים כיצד לקצר את זמני העברת הנתונים בין מחשבים קלאסיים למחשבים קוונטיים וכיצד להגדיל את היקף הסימולציות שניתן לבצע.

המחקר מצטרף לשורה של פרויקטים שעליהם דיווחה IBM השנה בתחום המחשוב הקוונטי. בין היתר דיווחה החברה על סימולציות של חלבונים המורכבים מ-12,635 אטומים, מחקרים בתחום החומרים המגנטיים וכן יצירת מולקולת Half-Möbius, שלדבריה לא נצפתה קודם לכן בטבע.