Komputery kwantowe rozwiązały największy problem fuzji. Kiedy zobaczymy to na rachunkach?

Wizja praktycznie nieograniczonej, czystej energii z fuzji jądrowej od lat wydawała się odległą mglistą obietnicą. Tymczasem inżynierowie z IBM właśnie pokonali jedną z największych przeszkód – z pomocą komputerów kwantowych rozwiązali problem konstrukcji materiałów, które pozwolą reaktorom samodzielnie produkować własne paliwo. Pytanie, które elektryzuje dziś świat nauki, jest jednak bardziej przyziemne: czy ta nowa ścieżka rzeczywiście przyspieszy moment, gdy w naszych gniazdkach pojawi się energia ze sztucznego słońca?

Tryt – paliwowy święty Graal fuzji

→ Czytaj też: Zamrozili światłowód do -196°C. Efekt może zmienić komputery na zawsze

Reaktory termojądrowe działają na mieszance deuteru i trytu – izotopów wodoru. Deuter występuje powszechnie w wodzie morskiej, ale tryt jest niezwykle rzadki i radioaktywny. Aby fuzja miała sens ekonomiczny, reaktor musi sam go wytwarzać. Odbywa się to w specjalnej płaszczu litowym otaczającym komorę reakcyjną: neutrony uwalniane podczas fuzji uderzają w lit, przekształcając go w tryt. Problem w tym, że procesy zachodzące w skali atomów są tak złożone, że do tej pory nie potrafiliśmy precyzyjnie zaprojektować materiału, który robiłby to wydajnie. Klasyczne superkomputery grzęzły w rachunkach, nie będąc w stanie zasymulować zachowań miliardów cząstek w kryształach litu i jego stopów. Bez przełomu reaktory fuzyjne pozostałyby drogie i nieefektywne.

Kwantowe rozwiązanie zagadki z atomów

→ Czytaj też: Chińscy fizycy zapisali dane na jednym elektronie. Jak to możliwe?

Tu do gry wkroczyły komputery kwantowe IBM. Jak donosi serwis Chip powołując się na inżynierów firmy, udało się wykorzystać kubity do symulacji oddziaływań neutronów z sieciami krystalicznymi na poziomie kwantowym. Dzięki temu naukowcy mogli wirtualnie przetestować setki potencjalnych struktur i wyłonić te, które maksymalizują produkcję trytu. To przełom, o jakim fizycy marzyli od dekad. W praktyce oznacza to, że przyszłe tokamaki czy stellaratory będą mogły być wyposażone w litowe osłony nowej generacji, zdolne do produkcji paliwa samodzielnie i na bieżąco. Nie będzie już konieczności kosztownego dostarczania trytu z zewnątrz – reaktor stanie się w zasadzie samowystarczalny pod względem paliwowym.

Czy to przybliża nas do sztucznego słońca?

Choć komercyjne elektrownie fuzyjne wciąż są kwestią lat, a może i dekad, zdaniem ekspertów rozwiązanie problemu trytu usuwa jeden z największych technicznych hamulców. Międzynarodowy projekt ITER, którego celem jest demonstracja dodatniego bilansu energetycznego, już pracuje nad eksperymentalnymi blanketami trytowymi, a teraz dzięki symulacjom kwantowym projektanci mają do dyspozycji o wiele dokładniejsze dane. Można oczekiwać, że testy nowych materiałów ruszą szybciej, a prototypowe reaktory demonstrujące samopodtrzymującą się reakcję – jak chiński CFETR czy europejski DEMO – będą mogły z nich skorzystać. Oczywiście na drodze stoi jeszcze wiele wyzwań – od odporności samych ścian komory, przez stabilność plazmy, po koszty budowy – ale dzisiejsze doniesienia dają potężny impuls całej branży.

Co to oznacza dla naszych portfeli?

Dla zwykłego użytkownika energii elektrycznej fuzja jawi się jako święty Graal: prąd tani, bezpieczny i praktycznie niewyczerpalny. Jeśli technologia termojądrowa wreszcie opuści laboratoria i trafi do przemysłu, rachunki za energię mogłyby spaść wielokrotnie, a nasze uzależnienie od węgla, gazu czy ropy stałoby się historią. Czy jednak powinniśmy już zacierać ręce? Realistycznie patrząc – pierwsze komercyjne elektrownie fuzyjne to perspektywa co najmniej dwóch-trzech dekad. Mimo to każdy przełom, taki jak ten ogłoszony dziś, skraca ten dystans. A to oznacza, że nasze dzieci lub wnuki mają szansę dorastać w świecie, gdzie energia jest czysta i dostępna dla każdego – bez szkody dla klimatu i bez astronomicznych cen. Dziś wiemy na pewno: kluczowy problem został rozwiązany. Reszta to już kwestia czasu.