De acordo com pt.wedoany.com-O Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) dos EUA, em colaboração com a IBM Quantum, a Cleveland Clinic e outras instituições, publicou um artigo científico que, pela primeira vez, aplica a computação quântica ao cálculo da estrutura eletrônica do comportamento químico do trítio no FLiBe, um material-chave para mantos de fusão, demonstrando a capacidade do arcabouço computacional híbrido quântico-clássico para simulações de alta precisão desse tipo de sistema complexo.
As principais rotas atuais de fusão por confinamento magnético dependem predominantemente da reação deutério-trítio (D-T). O artigo aponta que uma usina de fusão de 1 GW consumiria aproximadamente 0,5 kg de trítio por dia, enquanto o estoque global atual de trítio é de cerca de 25 kg. A fusão comercial futura dependerá da produção de trítio no manto, através da reação do lítio com nêutrons, e de sua recuperação eficiente para reinjeção no plasma. Portanto, compreender o comportamento de geração, migração e ligação do trítio em materiais de manto é uma questão central inevitável para a engenharia de fusão.
O sal fundido FLiBe (LiF-BeF₂) é considerado um material candidato importante para reatores de fusão avançados. Ele contém lítio, que pode produzir trítio por reação com nêutrons, e, por operar no estado líquido, pode simultaneamente desempenhar funções de transferência de calor e reprodução de combustível. No entanto, em ambientes de sal fundido de alta temperatura, o trítio pode existir em diferentes formas, como íon trítio (T⁺), molécula de trítio (T₂) ou estruturas complexas com flúor (F-T-F). Essas formas estão diretamente relacionadas ao tempo de residência do trítio, à eficiência de extração e ao custo do ciclo.
Decifrar o comportamento do trítio no FLiBe é um desafio computacional. Métodos tradicionais, como a Teoria do Funcional da Densidade (DFT), simulações de Dinâmica Molecular (MD) e Funções de Potencial de Aprendizado de Máquina (MLFF), apresentam gargalos de precisão ao lidar com sistemas de forte correlação eletrônica, como moléculas complexas de sais fundidos contendo trítio e aglomerados de íons carregados. Métodos de maior precisão, como a Interação de Configurações Completa (FCI) ou o método de Cluster Acoplado, têm custos computacionais que crescem exponencialmente com o tamanho do sistema, tornando-os inviáveis para ambientes reais de materiais de fusão.
Esta pesquisa foi publicada na plataforma de pré-impressão arXiv, com o artigo intitulado "Quantum Computations on Fusion Blanket Molten Salts". Os pesquisadores focaram no mecanismo de ligação do trítio com os materiais do manto, utilizando um arcabouço computacional de função de onda embutida quântico-clássica para calcular nove configurações moleculares diferentes de FLiBe. Em vez de simular diretamente o manto macroscópico, eles usaram o algoritmo "extended Sample-based Quantum Diagonalization" (ext-SQD) para submeter fragmentos complexos ao processador quântico IBM Heron, comparando os resultados finais com os de FCI clássica de alta precisão.
Os resultados mostraram que o desvio do método quântico ext-SQD em relação aos resultados da FCI foi de aproximadamente 0,7 kcal/mol, com um desvio absoluto médio de cerca de 0,3 kcal/mol. Esta é a primeira vez na indústria que a validação de cálculos quântico-clássicos é realizada com sucesso em sistemas de íons carregados, particularmente em sistemas de sais fundidos inorgânicos.
Esta pesquisa marca uma transição potencial no desenvolvimento de materiais de fusão, do modelo tradicional baseado em tentativa e erro experimental para uma fase de design computacional de materiais, fundamentada em computação de alto desempenho, modelos de IA e computação quântica. No passado, o desenvolvimento de materiais para mantos dependia de um longo ciclo de "tentativa e erro experimental - teste de irradiação com nêutrons - avaliação de desempenho macroscópico". No futuro, com a integração de computação de alto desempenho, IA e computação quântica, os pesquisadores poderão prever com precisão, desde o nível atômico ou mesmo quântico, a adequação de combinações de sais fundidos para a liberação de trítio. Simultaneamente, o estudo também revela que o ciclo do combustível trítio está se transformando de um problema macroscópico de engenharia de sistemas para um problema fundamental de ciência dos materiais.
Este artigo abre um caminho técnico para o uso da computação quântica na pesquisa de materiais de fusão. Ao mesmo tempo, o estudo também aponta que a escala atual da computação quântica ainda é insuficiente para abranger situações de engenharia em nível macroscópico, exigindo avanços futuros em sistemas de computação quântica de maior escala e em algoritmos subjacentes. A colaboração interdisciplinar entre ORNL, IBM Quantum e Cleveland Clinic oferece uma direção de integração tecnológica que merece atenção.
