オークリッジ国立研究所、クリーブランド・クリニック、IBMの研究者チームは、核融合燃料材料である溶融塩FLiBe（将来の核融合炉が自らの燃料を生産するために使用する）の初の量子計算を達成しました。
この研究はarXivプレプリントとして発表され、量子中心スーパーコンピューティングと呼ばれるハイブリッド量子古典アプローチを使用して、FLiBe（フッ素、リチウム、ベリリウムの塩）の9つの分子配置を計算しました。量子回路は電子の挙動、原子間の結合と相互作用を処理しました。これは量子ハードウェアに理想的に適しており、古典的なコンピュータが残りの計算を完了しました。
FLiBeが重要な理由
商業核融合エネルギーが直面する最大の工学的課題の一つは、トリチウムの不足です。トリチウムは水素の放射性同位体であり、重要な核融合燃料ですが、自然界では極めて稀です。将来の核融合炉は、炉心を取り囲む溶融塩の「ブランケット」内部で自らのトリチウムを生産するように設計されています。FLiBeはそのブランケット材料の主要候補です。
トリチウム原子が原子レベルでどのようにFLiBeと結合するかを正確に理解することは、炉設計とトリチウム生成率の最適化に不可欠です。これまで、これらの相互作用は古典的な計算手法で近似することしかできませんでした。
「この研究は、12,635原子に及ぶタンパク質を含む複雑な生物学的システムの大規模シミュレーションにおける進展に基づいており、それらの技術を材料科学に拡張しています」と、クリーブランド・クリニックのケネス・メルツ氏（論文の責任著者）は述べています。
技術的アプローチ
チームはIBMの量子中心スーパーコンピューティングアーキテクチャを使用しました。これは、量子優位性、電子相関と結合の恩恵を受ける計算部分には量子プロセッサを、残りには古典的なスーパーコンピュータを組み合わせたものです。同じ方法論は以前にタンパク質シミュレーションに適用され、現在は材料科学に適応されています。
IBMの量子中心スーパーコンピューティングCTOであるジェリー・チョウ氏は、この研究は「量子、AI、古典的コンピューティングを統合することが、社会の最も基本的な科学的課題に取り組むために不可欠である」ことを示していると述べました。
今後のステップには、量子プロセッサと古典的プロセッサ間のデータ転送時間の短縮と、モデル化できる分子システムの規模拡大が含まれます。研究者らは、このワークフローを核融合開発者が自らの炉材料に利用できるようにすることを目指しています。
雅子 訳
Sources: Interesting Engineering (July 8); arXiv (2026)