Científicos de diversas instituciones en EE. UU. han empleado por primera vez un ordenador cuántico para identificar configuraciones moleculares del material esencial para producir tritio, el combustible escaso de los reactores de fusión nuclear. Este avance podría ser crucial para superar uno de los mayores obstáculos en el desarrollo de la energía de fusión limpia y prácticamente ilimitada, al ofrecer una estrategia eficiente para la producción artificial y sostenible de tritio.
La energía de fusión nuclear promete ser una fuente limpia y casi ilimitada, pero su avance se ha visto frenado durante décadas por la dificultad de obtener su combustible. Los reactores tokamak, predominantes en proyectos experimentales, operan fusionando deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno que, al unirse, liberan 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, donde se forma naturalmente en cantidades ínfimas por la interacción de los rayos cósmicos en la atmósfera. Para que la fusión nuclear se establezca como una fuente de energía viable, los científicos deben desarrollar una estrategia eficiente para producir tritio de manera artificial y sostenible.
En este contexto, ha captado gran atención una reciente investigación colaborativa entre Cleveland Clinic, el Laboratorio Nacional Oak Ridge, el Centro de Investigación T.J. Watson de IBM y la Universidad Estatal de Michigan, todos en EE. UU. 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 conoce como 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 fundamental para que la producción de combustible sea viable a escala industrial.
Una breve aclaración: la técnica utilizada por estos investigadores se denomina computación cuántica centrada en supercomputación, la misma que Cleveland Clinic ha empleado previamente para simular configuraciones de proteínas con miles de átomos. Su aplicación a la química de materiales para fusión es 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 fuerza de enlace molecular.
Tom Beck, químico computacional del Laboratorio Oak Ridge, explicó 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 crucial moderar las expectativas. Las nueve configuraciones son, por el momento, simulaciones y aún deben validarse 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, lo que ahorra tiempo y dinero en experimentos que de otra manera podrían no conducir a resultados útiles.
Jerry Chow, investigador de IBM, añadió 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. Aunque la fusión nuclear todavía no tiene una solución definitiva para su problema de combustible, por primera vez un ordenador cuántico ha propuesto materiales candidatos concretos para comenzar a resolver este enorme desafío.
