Une équipe de chercheurs de l’Oak Ridge National Laboratory, de la Cleveland Clinic et d’IBM a réalisé le premier calcul quantique connu d’un matériau combustible de fusion, un sel fondu appelé FLiBe que les futurs réacteurs de fusion nucléaire utiliseront pour produire leur propre combustible.
Les travaux, publiés sous forme de prépublication arXiv, ont utilisé une approche hybride quantique-classique appelée supercalculateur centré sur le quantique pour calculer neuf configurations moléculaires du FLiBe (un sel de fluor, de lithium et de béryllium). Les circuits quantiques ont traité le comportement des électrons, les liaisons et les interactions entre les atomes, ce qui est idéalement adapté au matériel quantique, tandis que les ordinateurs classiques ont effectué les calculs restants.
Pourquoi FLiBe est important
L’un des plus grands défis techniques auxquels est confrontée l’énergie de fusion commerciale est la rareté du tritium. Le tritium, un isotope radioactif de l’hydrogène, est un combustible de fusion clé mais extrêmement rare dans la nature. Les futurs réacteurs à fusion sont conçus pour produire leur propre tritium à l’intérieur d’une « couverture » de sel fondu entourant le cœur du réacteur. FLiBe est le principal candidat pour ce matériau de couverture.
Comprendre exactement comment les atomes de tritium se lient au FLiBe au niveau atomique est essentiel pour optimiser la conception du réacteur et les taux de production de tritium. Jusqu’à présent, ces interactions ne pouvaient être qu’approchées par des méthodes de calcul classiques.
« Ces travaux s’appuient sur nos avancées dans la simulation de systèmes biologiques complexes à grande échelle, y compris des protéines comportant 12 635 atomes, et étendent ces techniques à la science des matériaux », a déclaré Kenneth Merz de la Cleveland Clinic, auteur correspondant de l’article.
L’approche technique
L’équipe a utilisé l’architecture de supercalculateur centré sur le quantique d’IBM, qui combine des processeurs quantiques pour les parties du calcul qui bénéficient de l’avantage quantique, corrélation électronique et liaisons, avec des supercalculateurs classiques pour le reste. La même méthodologie a été précédemment appliquée à des simulations de protéines et est maintenant adaptée à la science des matériaux.
Jerry Chow, directeur technique du Supercalculateur Centré sur le Quantique chez IBM, a déclaré que ces travaux démontrent que « réunir le quantique, l’IA et le calcul classique est essentiel pour relever les défis scientifiques les plus fondamentaux de notre société. »
Les prochaines étapes consistent à réduire le temps de transfert de données entre les processeurs quantiques et classiques et à augmenter la taille des systèmes moléculaires pouvant être modélisés. Les chercheurs visent à mettre le flux de travail à la disposition des développeurs de fusion pour leurs propres matériaux de réacteur.
Traduit par Lydie
Sources: Interesting Engineering (July 8); arXiv (2026)