Científicos de destacadas instituciones en EE. UU. han empleado por primera vez un ordenador cuántico para identificar configuraciones moleculares que optimizan la producción de tritio, un combustible esencial y escaso para la fusión nuclear. Este avance podría superar uno de los mayores obstáculos para la viabilidad de esta fuente de energía limpia e ilimitada, al acelerar el descubrimiento de materiales para las "mantas reproductoras" en reactores de fusión.
La energía de fusión nuclear, que promete ser limpia y prácticamente ilimitada, ha enfrentado durante décadas un desafío persistente: el combustible. Los reactores tokamak, predominantes en proyectos experimentales, operan fusionando deuterio y tritio, dos isótopos de hidrógeno. Esta combinación libera un núcleo de helio y un neutrón con una energía de aproximadamente 14 MeV (megaelectronvoltios). El principal inconveniente es la extrema escasez de tritio en la Tierra, ya que solo se forma de manera natural en la atmósfera en cantidades mínimas debido a la interacción de los rayos cósmicos.
Para que la fusión nuclear se establezca como una fuente de energía real, los científicos deben desarrollar una estrategia eficiente para producir tritio de forma artificial y sostenible. En este contexto, ha captado gran atención una reciente investigación conjunta de Cleveland Clinic, el Laboratorio Nacional Oak Ridge, el Centro de Investigación T.J. Watson de IBM y la Universidad Estatal de Michigan, todas instituciones estadounidenses. Por primera vez, un equipo de científicos ha utilizado un ordenador cuántico para identificar las configuraciones moleculares del material que actúa como "manta reproductora" de tritio dentro de un reactor de fusión nuclear.
El material identificado por esta máquina cuántica se denomina FLiBe, una sal fundida compuesta por fluoruro de litio y fluoruro de berilio. Dentro de un reactor tokamak, los neutrones liberados por el plasma de fusión impactan sobre esta sal fundida que recubre las paredes internas de la cámara de vacío, y este proceso es el responsable de producir el tritio. Encontrar la configuración óptima de FLiBe es crucial para que la producción de combustible sea viable a escala industrial.
Una breve aclaración sobre la metodología: la técnica empleada por estos investigadores se conoce como computación cuántica centrada en supercomputación. Esta misma técnica ha sido utilizada previamente por Cleveland Clinic para simular configuraciones de proteínas de miles de átomos. Su aplicación a la química de materiales de fusión representa una novedad.
El resultado de esta estrategia ha sido la identificación de nueve configuraciones moleculares distintas del material FLiBe, cada una con su propia estructura electrónica, comportamiento atómico y fortaleza de enlace molecular. Tom Beck, químico computacional del Laboratorio Oak Ridge, ha señalado que los ordenadores cuánticos son herramientas esenciales para acelerar los ciclos de descubrimiento y diseño necesarios para producir suficiente tritio que alimente los reactores de fusión.
No obstante, es importante moderar las expectativas. Las nueve configuraciones son, por ahora, simulaciones y aún deben ser validadas en el laboratorio antes de ser implementadas en un reactor real. Lo que sí permite este enfoque es descartar de antemano las opciones menos prometedoras, ahorrando tiempo y dinero en experimentos que, de otro modo, podrían no conducir a resultados. Jerry Chow, investigador de IBM, ha añadido que estos resultados refuerzan la idea de que la computación cuántica ya es una herramienta práctica capaz de resolver problemas que durante años se han resistido a químicos e ingenieros.
La fusión nuclear, por el momento, sigue sin tener una solución definitiva para su problema de combustible. Sin embargo, por primera vez, un ordenador cuántico ha propuesto candidatos materiales concretos para comenzar a resolver este enorme desafío.
