Pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge, da IBM e da Cleveland Clinic demonstraram que um fluxo de trabalho que integra computadores quânticos, computação de alto desempenho e inteligência artificial pode simular reações químicas no sal fundido usado em projetos futuros de reatores de fusão. O estudo foi publicado como um artigo preliminar na plataforma arXiv em 29 de junho, enquanto a IBM Quantum publicou seus detalhes em 6 de julho de 2026.
O estudo se concentra em um problema fundamental dos reatores de fusão: o fornecimento de trítio, um isótopo radioativo e raro do hidrogênio de que as reações de fusão com deutério precisam. Não há fontes naturais importantes de trítio na Terra, e o mundo inteiro produz apenas alguns quilos dele por ano. Segundo o artigo, um reator de fusão de um gigawatt poderia consumir cerca de meio quilo de trítio por dia, o que significa que qualquer futura usina precisará produzir seu próprio combustível durante a operação.
O papel do sal fundido em um reator de fusão
Um dos projetos propõe envolver o plasma quente de um reator tokamak com uma manta espessa de sal de lítio fundido. Quando os nêutrons produzidos pela fusão atingem átomos de lítio-6, os átomos se fissionam e produzem hélio e trítio. O berílio ajuda a multiplicar os nêutrons, enquanto a mistura de flúor e lítio permanece líquida e estável nas temperaturas do reator.
A manta não teria apenas a função de produzir combustível; supõe-se que ela também proteja os ímãs do reator contra nêutrons, resfrie a parede voltada para o plasma e transfira calor para operar uma turbina. Porém, o bombardeio de nêutrons altera a química do sal, e a forma como o trítio se liga aos seus componentes afeta a possibilidade de extraí-lo. Se ele se ligar ao flúor, forma-se fluoreto de trítio, uma substância corrosiva e difícil de remover; se permanecer como gás livre, poderá sair espontaneamente do sal.
Por que a simulação precisa de computação quântica?
Os pesquisadores normalmente usam a teoria do funcional da densidade para simular a organização dos elétrons em computadores tradicionais. Esse método continua sendo rápido e útil em muitos casos, mas a equipe de Tom Beck no Laboratório de Oak Ridge descobriu em trabalhos anteriores que ele pode errar em até 10% no cálculo da energia livre do sal. Essa precisão não é suficiente para prever se o trítio se transformará em fluoreto de trítio ou permanecerá como gás.
Para lidar com isso, a equipe usou uma técnica chamada incorporação baseada em função de onda, na qual o problema é dividido em aglomerados menores. Os computadores tradicionais tratam as partes mais simples, enquanto a computação quântica usa o método de diagonalização quântica baseada em amostragem para os aglomerados mais complexos em termos de emaranhamento entre os átomos; em seguida, os resultados são reunidos novamente nos computadores tradicionais.
Os pesquisadores extraíram nove configurações do sal FLiBe, e cada configuração continha um pequeno aglomerado com 21 íons. Sua energia foi calculada com e sem trítio, e os resultados foram comparados com métodos clássicos avançados para calcular as partes químicas. Os cálculos baseados em computação quântica coincidiram com esses métodos, oferecendo uma demonstração preliminar da validade da abordagem.
Um fluxo de trabalho que combina inteligência artificial e computação quântica
Os pesquisadores querem desenvolver um ciclo computacional em três etapas:
- Agentes de inteligência artificial propõem sais candidatos e os examinam com base em um banco de dados do Laboratório de Oak Ridge que reúne 70 anos de pesquisas sobre sais fundidos. As avaliações incluem a estimativa da taxa de produção de trítio e da capacidade de o sal permanecer líquido e transferir calor.
- Computadores de alto desempenho simulam os melhores candidatos átomo por átomo usando a teoria do funcional da densidade, com o auxílio de modelos de inteligência artificial treinados para reproduzir a física e acelerar os processos dispendiosos.
- A computação quântica realiza os cálculos químicos de alta precisão que a teoria do funcional da densidade não consegue resolver, especialmente a determinação de como o trítio se liga ao sal.
Próximos passos
Os pesquisadores reconhecem que o resultado ainda é limitado. Resolver completamente o problema da energia livre exigiria estudar uma manta salina em movimento, com um metro de espessura e um número enorme de partículas, uma escala que ultrapassa as capacidades da química computacional no futuro próximo. A equipe também planeja aumentar o tamanho dos aglomerados para além de 21 íons e executar centenas de configurações em vez de nove.
Os pesquisadores do Laboratório de Oak Ridge esperam que essas ferramentas permitam aos engenheiros de fusão projetar e avaliar computacionalmente sais fundidos antes de misturá-los e aquecê-los em laboratório. A mesma metodologia poderá posteriormente se estender a outros problemas químicos, mas o estudo atual ainda não demonstra a possibilidade de usá-la para projetar um reator de fusão prático ou produzir trítio em escala industrial.