YORKTOWN HEIGHTS, New York – 6 luglio 2026 – Un team di scienziati dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), della Cleveland Clinic e di IBM (NYSE: IBM) ha calcolato nove configurazioni molecolari di un materiale promettente per la produzione di combustibile per l’energia da fusione: si tratta del primo esempio noto di calcoli di questo tipo eseguiti su computer quantistici.

Questi calcoli, illustrati in un nuovo articolo pubblicato su arXiv, sono estremamente complessi per i computer classici quando operano da soli. Rappresentano un passo fondamentale verso l’ottimizzazione della produzione e dell’estrazione del trizio, un materiale estremamente raro in natura ma indispensabile per generare energia da fusione nella maggior parte dei reattori utilizzati. Garantire una disponibilità adeguata di trizio è da tempo uno dei principali ostacoli alla realizzazione della promessa di un’energia pulita e abbondante ottenuta dalle centrali a fusione, e la soluzione di questo problema è uno degli obiettivi chiave della Missione Genesis del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE).

I computer quantistici sono particolarmente adatti a calcolare la chimica a livello atomico di un sale fuso contenente fluoro, litio e berillio (FLiBe), uno dei principali candidati per l’estrazione del combustibile a base di trizio nei reattori a fusione. Per calcolare diverse configurazioni di aggregati molecolari di FLiBe, il team ha impiegato le stesse tecniche di quantum-centric supercomputing oggi applicate alle simulazioni di proteine composte da 12.635 atomi insieme alla Cleveland Clinic. Questi metodi consentono di calcolare il comportamento quantistico degli elettroni in materiali complessi, integrando e potenziando le capacità dei supercomputer e degli algoritmi classici.

“Per dimostrare le capacità abilitate dalla Missione Genesis, abbiamo creato un team di esperti di primo piano provenienti da sette laboratori nazionali del DOE, quattro università, tre partner industriali e dalla Cleveland Clinic, con l’obiettivo di perseguire un percorso di scoperta multidisciplinare finalizzato a ottimizzare la produzione di trizio”, ha dichiarato Tom Beck, responsabile della sezione Science Engagement presso la Direzione Computing and Computational Sciences dell’ORNL. “I computer quantistici, come quelli sviluppati da IBM e potenziati dall’intelligenza artificiale e dal calcolo exascale, sono strumenti chiave per accelerare i cicli di scoperta e progettazione necessari a produrre quantità sufficienti di trizio per alimentare i reattori a fusione.”

“Questo lavoro si basa sui nostri progressi nella simulazione su larga scala di sistemi biologici complessi, comprese proteine composte da 12.635 atomi, ed estende queste tecniche al settore della scienza dei materiali per esplorare sistemi rilevanti per la fusione con maggiore accuratezza ed efficienza”, ha affermato Kenneth Merz, PhD, autore corrispondente e ricercatore della Cleveland Clinic. “Alla Cleveland Clinic ci concentriamo sull’applicazione di tecnologie avanzate per approfondire la comprensione scientifica e accelerare la ricerca. Questa collaborazione riflette la crescente importanza del quantum computing, dell’intelligenza artificiale e del calcolo ad alte prestazioni come strumenti per la ricerca scientifica. Combinando queste tecnologie, i ricercatori possono affrontare problemi concreti e complessi con maggiore rapidità e precisione.”

“Mettere insieme quantum computing, intelligenza artificiale e calcolo classico è essenziale per affrontare le sfide scientifiche più importanti della nostra società, sbloccando capacità che nessuno di questi paradigmi può raggiungere autonomamente”, ha dichiarato Jerry Chow, CTO Quantum-Centric Supercomputing di IBM. “Questi risultati si aggiungono alle crescenti evidenze che dimostrano come il quantum-centric supercomputing sia ormai uno strumento scientifico per affrontare problemi che da tempo mettono alla prova chimici, ingegneri e scienziati dei materiali. Man mano che i computer quantistici diventano più potenti, il futuro si prospetta promettente.”

La sfida del trizio al centro dell’energia da fusione

Questa ricerca è in linea con l’obiettivo più ampio della Missione Genesis di integrare il calcolo ad alte prestazioni (HPC), l’intelligenza artificiale e il quantum computing con i principali strumenti scientifici del Paese presenti nei 17 laboratori nazionali del DOE, al fine di accelerare la scoperta scientifica. In qualità di partner industriale della missione, IBM collabora con i suoi partner per esplorare come il quantum-centric supercomputing – che combina CPU, GPU e QPU per risolvere problemi che non si potrebbero affrontare singolarmente – possa contribuire a risolvere sfide nazionali critiche, tra cui la modellazione precisa delle interazioni tra materiali complessi necessaria a garantire una fornitura di combustibile per impianti a fusione funzionanti su larga scala.

Ottimizzare la migliore formulazione del FLiBe – la cui composizione cambia dinamicamente sotto l’effetto di intensa radiazione neutronica, temperature estreme e campi magnetici – rappresenta una delle più complesse sfide scientifiche e ingegneristiche dei nostri tempi. Ciò richiede uno studio approfondito delle sue proprietà quantomeccaniche, comprese energia, stabilità e interazione con il trizio, per comprenderne le prestazioni nelle sue molteplici funzioni, inclusa quella di materiale per la generazione del trizio ad alte temperature. Oggi questa ricerca è possibile solo attraverso sperimentazioni difficili e costose oppure mediante metodi di approssimazione basati sul calcolo classico che possono risultare meno accurati.

Per calcolare le energie associate alle diverse conformazioni del FLiBe con e senza trizio, il team ha utilizzato il quantum-centric supercomputing, consentendo a computer quantistici e classici di lavorare insieme: le parti del problema che possono essere tradotte in circuiti quantistici vengono infatti risolte sul computer quantistico. Questo approccio ha permesso di determinare con maggiore precisione la struttura elettronica del materiale e il comportamento dei suoi atomi, in particolare la forza con cui essi legano il trizio a livello molecolare fondamentale. Gli scienziati sono così riusciti a identificare l’intervallo di configurazioni attraversate dagli atomi e a identificare proprietà – come l’intensità e il meccanismo di legame del trizio per ciascuna configurazione – che altrimenti sarebbero rimaste nascoste.

La strada da percorrere

La collaborazione è tuttora in corso e punta a ridurre il tempo necessario per il trasferimento dei dati tra risorse quantistiche e classiche, oltre ad aumentare la dimensione delle interazioni molecolari simulate. L’obiettivo finale è consentire all’ecosistema che lavora sull’energia da fusione di utilizzare direttamente questo workflow per progettare e verificare i propri materiali.

Questo studio si aggiunge a una crescente serie di traguardi raggiunti nel 2026 che dimostrano l’utilità scientifica dei computer quantistici IBM, tra cui la simulazione di materiali magnetici reali, la creazione di una molecola “half-Möbius” mai osservata prima e la modellazione di proteine rilevanti per la ricerca biologica fino a 12.635 atomi.

Per maggiori informazioni sulla ricerca, consulta il blog: https://www.ibm.com/quantum/blog/molten-salts-fusion-quantum

IBM
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