Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, IBM ve Cleveland Clinic'ten araştırmacılar, kuantum bilgisayarlarını yüksek başarımlı bilişim ve yapay zekâyla birleştiren bir iş akışının, füzyon reaktörlerinin gelecekteki tasarımlarında kullanılan erimiş tuz içindeki kimyasal tepkimeleri simüle edebileceğini gösterdi. Çalışma, 29 Haziran'da arXiv platformunda ön çalışma olarak yayımlandı; IBM Quantum ise ayrıntıları 6 Temmuz 2026'da yayımladı.
Çalışma, füzyon reaktörlerindeki temel bir soruna odaklanıyor: Füzyon tepkimelerinin döteryumla birlikte ihtiyaç duyduğu, nadir ve radyoaktif bir hidrojen izotopu olan trityumu sağlamak. Dünya üzerinde trityumun önemli doğal kaynakları bulunmuyor ve tüm dünya yılda yalnızca birkaç pound trityum üretiyor. Makaleye göre, bir gigavatlık füzyon reaktörü günde yaklaşık bir pound trityum tüketebilir; bu da gelecekteki herhangi bir santralin yakıtını işletim sırasında üretmesi gerekeceği anlamına geliyor.
Füzyon reaktöründe erimiş tuzun rolü
Tasarımlardan biri, tokamak reaktöründeki sıcak plazmanın kalın bir erimiş lityum tuzu örtüsüyle çevrelenmesini öneriyor. Füzyondan kaynaklanan nötronlar lityum-6 atomlarına çarptığında atomlar parçalanarak helyum ve trityum üretiyor. Berilyum nötronları çoğaltmaya yardımcı olurken flor ve lityum karışımı reaktör sıcaklıklarında sıvı ve kararlı kalıyor.
Örtünün rolü yakıt üretimiyle sınırlı değil; örtünün reaktör mıknatıslarını nötronlardan koruması, plazmaya bakan duvarı soğutması ve bir türbini çalıştırmak üzere ısıyı aktarması bekleniyor. Ancak nötron bombardımanı tuzun kimyasını değiştiriyor ve trityumun bileşenlerine nasıl bağlandığı, trityumun çıkarılabilirliğini etkiliyor. Trityum flora bağlanırsa aşındırıcı ve uzaklaştırılması zor bir madde olan trityum florür oluşuyor; serbest gaz olarak kalırsa tuzdan kendiliğinden çıkabiliyor.
Simülasyon neden kuantum bilişimine ihtiyaç duyuyor?
Araştırmacılar genellikle elektronların düzenini geleneksel bilgisayarlarda simüle etmek için yoğunluk fonksiyoneli teorisini kullanıyor. Bu yöntem birçok durumda hızlı ve yararlı olmaya devam ediyor; ancak Oak Ridge'deki Tom Beck'in ekibi önceki çalışmalarında yöntemin tuzun serbest enerjisini hesaplamada yüzde 10'a varan hatalar yapabildiğini buldu. Bu doğruluk, trityumun trityum florüre dönüşüp dönüşmeyeceğini veya gaz olarak kalıp kalmayacağını öngörmek için yeterli değil.
Ekip bununla başa çıkmak için dalga fonksiyonuna dayalı gömme adı verilen bir yöntem kullandı; problem daha küçük kümelere ayrıldı. Geleneksel bilgisayarlar daha basit kısımları işlerken kuantum bilişimi, atomlar arasındaki dolaşıklık bakımından daha karmaşık kümeler için örnekleme tabanlı kuantum özdeğer çözümleme yöntemini kullandı; ardından sonuçlar geleneksel bilgisayarlarda yeniden birleştirildi.
Araştırmacılar FLiBe tuzundan dokuz konfigürasyon çıkardı ve her konfigürasyon, 21 iyon içeren küçük bir kümeden oluştu. Enerjileri trityumla ve trityumsuz olarak hesaplandı; ardından sonuçlar kimyasal kısımları hesaplamak için kullanılan gelişmiş klasik yöntemlerle karşılaştırıldı. Kuantum bilişimine dayalı hesaplamalar bu yöntemlerle örtüştü ve bu da yaklaşımın geçerliliğine dair ilk kanıtı sundu.
Yapay zekâ ve kuantum bilişimini birleştiren iş akışı
Araştırmacılar üç aşamalı bir hesaplama döngüsü geliştirmek istiyor:
- Yapay zekâ ajanları aday tuzlar öneriyor ve bunları Oak Ridge'deki 70 yıllık erimiş tuz araştırmalarını içeren bir veri tabanına dayanarak tarıyor. Taramalar, trityum üretim oranının ve tuzun sıvı kalma ve ısı taşıma kapasitesinin tahmin edilmesini içeriyor.
- Yüksek başarımlı bilgisayarlar, maliyetli işlemleri hızlandırmak için fiziği yeniden üretmek üzere eğitilmiş yapay zekâ modellerinden yararlanarak en iyi adayları yoğunluk fonksiyoneli teorisiyle atom atom simüle ediyor.
- Kuantum bilişimi, yoğunluk fonksiyoneli teorisinin kesinleştiremediği yüksek doğruluklu kimyasal hesaplamaları, özellikle trityumun tuza nasıl bağlandığını belirleme işlemini yürütüyor.
Sonraki adımlar
Araştırmacılar sonucun hâlâ sınırlı olduğunu kabul ediyor. Serbest enerji sorununu bütünüyle çözmek, bir metre kalınlığında ve çok büyük sayıda parçacık içeren hareketli bir tuz örtüsünün incelenmesini gerektiriyor; bu kapsam, öngörülebilir gelecekte hesaplamalı kimyanın kapasitesini aşıyor. Ekip ayrıca kümelerin boyutunu 21 iyonun üzerine çıkarmayı ve dokuz yerine yüzlerce konfigürasyon çalıştırmayı planlıyor.
Oak Ridge araştırmacıları, bu araçların füzyon mühendislerinin erimiş tuzları laboratuvarda karıştırıp ısıtmadan önce bilgisayar ortamında tasarlamasını ve değerlendirmesini sağlayacağını umuyor. Aynı yöntem daha sonra başka kimyasal sorunlara da uygulanabilir; ancak mevcut çalışma, yöntemin pratik bir füzyon reaktörü tasarlamak veya endüstriyel ölçekte trityum üretmek için kullanılabileceğini henüz kanıtlamıyor.