SCIENCES ENERTGIES ENVIRONNEMENT

ADes ordinateurs quantiques modélisent pour la première fois neuf configurations de matériaux combustibles pour la fusion

Par Scott Jones, Laboratoire national d'Oak Ridge

Édité par Gaby Clark, relu par Andrew Zinin

Notes de la rédaction

The GIST

Ajouter comme source privilégiée

Dans un futur tokamak, les neutrons libérés par le plasma lors de la fusion pourraient bombarder la couverture de sels fondus environnante pour créer du tritium. Cette nouvelle étude utilise des ordinateurs quantiques pour modéliser l'interaction entre le tritium et un groupe d'atomes dans le sel fondu. Crédit : IBM

Une équipe de scientifiques du Laboratoire national d'Oak Ridge, de la Cleveland Clinic et d'IBM a calculé neuf configurations moléculaires d'un matériau prometteur pour la production de combustible destiné à l'énergie de fusion — une première mondiale : de tels calculs réalisés sur des ordinateurs quantiques.

Ces calculs, présentés dans un article récemment publié sur le serveur de prépublication arXiv, représentent un défi de taille pour les ordinateurs classiques lorsqu'ils fonctionnent seuls. Ils constituent une étape fondamentale vers l'optimisation de la production et de l'extraction du tritium — un matériau extrêmement rare dans la nature, indispensable à la production d'énergie de fusion avec la plupart des machines envisagées. Garantir un approvisionnement suffisant en tritium constitue depuis longtemps un obstacle à la réalisation du potentiel d'une énergie propre et abondante grâce aux centrales à fusion. La résolution de ce problème est un objectif clé de la mission Genesis du Département de l'Énergie des États-Unis.

Les ordinateurs quantiques sont parfaitement adaptés au calcul de la chimie à l'échelle atomique d'un sel liquide contenant du fluor, du lithium et du béryllium (FLiBe), l'un des matériaux candidats les plus prometteurs pour l'extraction du tritium dans les réacteurs à fusion. Pour calculer différentes configurations d'agrégats de FLiBe, l'équipe a utilisé les mêmes techniques de supercalcul quantique actuellement appliquées à des simulations de protéines à 12 635 atomes en collaboration avec la Cleveland Clinic. Ces méthodes permettent de calculer le comportement quantique des électrons dans des matériaux complexes, complétant et améliorant ainsi les capacités des supercalculateurs et algorithmes classiques.

« Afin de démontrer les capacités catalysées par la mission Genesis, nous avons constitué une équipe d'experts de premier plan issus de sept laboratoires nationaux du Département de l'Énergie (DOE), de quatre universités, de trois partenaires industriels et de la Cleveland Clinic. Cette équipe mène un cycle de recherche à plusieurs volets visant à optimiser la production de tritium dans les matériaux de couverture à sels fondus pour la fusion », a déclaré Tom Beck, responsable de la section « Engagement scientifique » au sein de la Direction de l'informatique et des sciences computationnelles d'ORNL.

« Les ordinateurs quantiques, tels que ceux construits par IBM et optimisés par l'IA et le calcul exascale, sont des outils essentiels qui accélèrent les cycles de découverte et de conception nécessaires à la production de suffisamment de tritium pour alimenter les réacteurs à fusion. »

« Ces travaux s'appuient sur nos avancées en matière de simulation à grande échelle de systèmes biologiques complexes, notamment des protéines composées de 12 635 atomes, et étendent ces techniques à la science des matériaux afin d'explorer les systèmes pertinents pour la fusion avec une précision et une efficacité accrues », a expliqué Kenneth Merz, Ph.D., chercheur à la Cleveland Clinic et auteur principal de l'étude.

À la Cleveland Clinic, nous nous attachons à appliquer les technologies de pointe pour approfondir la compréhension scientifique et accélérer les découvertes. Cette collaboration témoigne de l'importance croissante de l'informatique quantique, de l'intelligence artificielle et du calcul haute performance comme outils de recherche scientifique. En combinant ces technologies, les chercheurs peuvent apporter des solutions aux problèmes complexes du monde réel avec une rapidité et une précision accrues.

« L'association de l'informatique quantique, de l'intelligence artificielle et de l'informatique classique est essentielle pour relever les défis scientifiques les plus fondamentaux de notre société, car elle permet de libérer des capacités inaccessibles à chacun de ces paradigmes pris isolément », a déclaré Jerry Chow, directeur technique du supercalcul quantique chez IBM. « Ces résultats viennent s'ajouter aux preuves de plus en plus nombreuses que le supercalcul quantique est désormais un outil scientifique concret pour résoudre des problèmes qui ont longtemps mis à l'épreuve les chimistes, les ingénieurs et les spécialistes des matériaux. À mesure que les ordinateurs quantiques gagnent en puissance, l'avenir s'annonce prometteur.»

Découvrez les dernières actualités scientifiques, technologiques et spatiales grâce à plus de 100 000 abonnés qui font confiance à Phys.org pour leurs analyses quotidiennes. Inscrivez-vous à notre newsletter gratuite et recevez quotidiennement ou hebdomadairement les dernières actualités, innovations et recherches importantes.

Courriel

Le défi du tritium au cœur de l'énergie de fusion

Cette exploration s'inscrit dans le cadre de la mission Genesis, dont l'objectif est d'unifier le calcul haute performance (HPC), l'intelligence artificielle et l'informatique quantique avec les principaux instruments scientifiques des 17 laboratoires nationaux du Département de l'Énergie (DOE) afin d'accélérer les découvertes scientifiques. En tant que partenaire industriel de la mission, IBM travaille avec ses partenaires pour explorer comment le supercalcul quantique – qui combine CPU, GPU et QPU pour résoudre des problèmes insolubles individuellement – ​​pourrait contribuer à relever des défis nationaux cruciaux, notamment la modélisation précise des interactions complexes entre les matériaux afin de faciliter l'approvisionnement en combustible pour des centrales à fusion pleinement opérationnelles et à grande échelle.

Optimisation de la formule optimale pour le FLiBe – dont la composition évolue dynamiquement sous l'effet d'un rayonnement neutronique intense

XXXXXXXXXXXX

RESUME

Les ordinateurs quantiques modélisent pour la première fois neuf configurations de matériaux combustibles pour la fusion

Le calcul haute performance axé sur le quantique a été utilisé pour calculer les structures électroniques de neuf configurations moléculaires de FLiBe, avec et sans tritium, permettant une modélisation de la liaison du tritium plus précise que celle obtenue par les approximations classiques. Ces résultats caractérisent les forces et les mécanismes de liaison selon les configurations, favorisant ainsi l'optimisation des matériaux de couverture à sels fondus destinés à la production de tritium dans les réacteurs à fusion.

xxxxxxxxxxxxxxxx

COMMENTAIRES

 Le rève de la technlogie  actuelle   mondiale es d 'accéder  à la pruction illimitée d 'énergie electrique indépendament  de toute énergie fossile  ...

C "est pourquoi il est fait appel à un phénomène  particulier ,l'énorme énergie dégagée par la fusion nucléaire des élénents légers  ,comme dans les étoiles  ....

Mais le probleme est rendu particulierement complexe  par les réactions nucléaires  nombreuses possibles  et par le role  que pouurait y jouer le tritium ...

Je dois alors rappeler  aux lecteurs qu'arriver à produire  un reéacteur  de  production  électrique  a fusion nucléaire n est pas sérieusemet prévue  avant les années 2040-2060  

  XXXXXXXXXX

Voici ce que j avais publié  ici la derniere fois sur ce sujet :

Le 5 décembre 2022 , l'installation de fusion nucléaire à confinement inertiel par laser de la National Ignition Facility du laboratoire Lawrence Livermore (LLNL) a réalisé une fusion qui, pour la première fois, a produit plus d'énergie qu'elle n'en a consommée.