يحقق الاختراق الكمي الجديد أول حسابات معروفة لمواد الاندماج
استخدم علماء من مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL)، وكليفلاند كلينك، وشركة IBM أجهزة الكمبيوتر الكمومية لحساب التكوينات الجزيئية لمادة وقود الاندماج النووي الرئيسية، مما يمثل ما يقول الفريق إنه أول عرض معروف من نوعه. ويركز العمل على FLiBe، وهو ملح منصهر مصنوع من الفلور والليثيوم والبريليوم، والذي يعتبر من المواد الرائدة لإنتاج واستخلاص التريتيوم داخل مفاعلات الاندماج المستقبلية. التريتيوم هو نظير هيدروجين نادر للغاية، وهو ضروري لتزويد معظم محطات الطاقة الاندماجية المقترحة بالوقود. قام الباحثون بحساب تسعة تكوينات جزيئية لـ FLiBe باستخدام الحوسبة الفائقة المتمحورة حول الكم، والجمع بين أجهزة الكمبيوتر الكمومية والكلاسيكية لحل مشكلة تزداد صعوبة بالنسبة للحوسبة التقليدية وحدها. يمكن أن تساعد النتائج العلماء على فهم أفضل لكيفية تفاعل التريتيوم مع الملح المنصهر على المستوى الذري، مما يوفر الأفكار اللازمة لتحسين تصاميم مفاعلات الاندماج المستقبلية وتحسين إنتاج التريتيوم. البحث عن وقود الاندماج النووي يظل تأمين ما يكفي من التريتيوم أحد أكبر التحديات التي تواجه طاقة الاندماج التجارية. ونظرًا لوجود النظائر بكميات صغيرة فقط بشكل طبيعي، فمن المتوقع أن تقوم المفاعلات المستقبلية بتوليد التريتيوم الخاص بها باستخدام مواد مثل FLiBe داخل غطاء محيط من الملح المنصهر. تعد أجهزة الكمبيوتر الكمومية مناسبة بشكل خاص لدراسة سلوك الإلكترونات التي تحدد كيفية ارتباط الذرات وتفاعلها. في هذا العمل، طبق الباحثون نفس تقنيات الحوسبة المتمركزة على الكم المستخدمة سابقًا لمحاكاة البروتينات التي تحتوي على 12635 ذرة، مما أدى إلى توسيع النهج من علم الأحياء إلى علم المواد. قال توم بيك، رئيس قسم المشاركة العلمية في مديرية الحوسبة والعلوم الحاسوبية في ORNL: “من أجل إظهار القدرات التي حفزتها مهمة Genesis، قمنا ببناء فريق من كبار الخبراء عبر سبعة مختبرات وطنية تابعة لوزارة الطاقة وأربع جامعات وثلاثة شركاء في الصناعة وكليفلاند كلينك لمتابعة دورة اكتشاف متعددة الجوانب تهدف إلى تحسين إنتاج التريتيوم في المواد البطانية لدمج الملح المنصهر”. “إن أجهزة الكمبيوتر الكمومية، مثل تلك التي صنعتها شركة IBM والمعززة بالذكاء الاصطناعي وحوسبة الإكساسكيل، هي أدوات رئيسية تعمل على تسريع دورات الاكتشاف والتصميم اللازمة لإنتاج ما يكفي من التريتيوم لتزويد مفاعلات الاندماج بالوقود.” تقدم الحوسبة الهجينة استخدم العلماء الحوسبة الفائقة المتمحورة حول الكم، مما سمح للمعالجات الكمومية وأجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية بالعمل معًا. تعاملت الدوائر الكمومية مع أجزاء الحسابات الأكثر ملاءمة للأجهزة الكمومية، بينما أكملت الحوسبة التقليدية المهام المتبقية. مكّن هذا النهج الفريق من حساب البنية الإلكترونية لـ FLiBe مع التريتيوم وبدونه، وتحديد مدى قوة ارتباط التكوينات الجزيئية المختلفة بالوقود. وقال الباحثون إن هذه التفاعلات على النطاق الذري يصعب التقاطها بدقة باستخدام طرق التقريب الكلاسيكية وحدها. قال كينيث ميرز، دكتوراه، مؤلف مراسل وعالم في كليفلاند كلينك: “يعتمد هذا العمل على التقدم الذي أحرزناه في محاكاة الأنظمة البيولوجية المعقدة على نطاق واسع، بما في ذلك البروتينات التي تمتد إلى 12635 ذرة ويمتد تلك التقنيات إلى علم المواد لاستكشاف الأنظمة ذات الصلة بالاندماج بدقة وكفاءة أكبر”. صممت الدراسة كيفية ارتباط التريتيوم بالملح المنصهر، وهي مادة من المتوقع أن تساعد في تغذية مفاعلات الاندماج المستقبلية. قال جيري تشاو، المدير التنفيذي للتكنولوجيا في الحوسبة الفائقة المتمحورة حول الكم في شركة IBM: “إن الجمع بين الحوسبة الكمومية والذكاء الاصطناعي والحوسبة الكلاسيكية معًا أمر ضروري لمواجهة التحديات العلمية الأساسية لمجتمعنا – وإطلاق العنان للقدرات التي لا يمكن لأي من هذه النماذج الوصول إليها بمفردها”. سيركز التعاون بعد ذلك على تقليل الوقت اللازم لنقل البيانات بين أجهزة الكمبيوتر الكمومية والكلاسيكية مع توسيع حجم الأنظمة الجزيئية التي يمكن نمذجتها. ويأمل الباحثون في نهاية المطاف أن يتمكن مطورو الاندماج من استخدام سير العمل لتصميم وتقييم مواد المفاعل الخاصة بهم. ونشرت الدراسة على موقع arXiv.
تم النشر: 2026-07-08 23:55:00
