Przez wiele lat komputery kwantowe były przedstawiane głównie jako technologia przyszłości. Obiecywano, że kiedyś zrewolucjonizują medycynę, chemię, kryptografię czy projektowanie nowych materiałów. Problem polegał na tym, że przez długi czas brakowało praktycznych zastosowań pokazujących ich przewagę w rzeczywistych badaniach naukowych.
W lipcu 2026 roku pojawił się jednak przełom, który wielu ekspertów określa jako jeden z najważniejszych praktycznych sukcesów komputerów kwantowych. Naukowcy z IBM, Oak Ridge National Laboratory (ORNL) oraz Cleveland Clinic po raz pierwszy wykorzystali komputer kwantowy do modelowania materiałów niezbędnych w przyszłych elektrowniach termojądrowych. To nie oznacza jeszcze, że energia z fuzji jest na wyciągnięcie ręki, ale pokazuje, że komputery kwantowe zaczynają rozwiązywać problemy, których klasyczne maszyny nie potrafią efektywnie skalować.
Fuzja jądrowa – dlaczego cały świat na nią czeka?
Energetyka jądrowa obecnie wykorzystuje rozszczepienie atomów uranu. Fuzja działa zupełnie inaczej – zamiast rozbijać ciężkie atomy, łączy lekkie jądra wodoru. Dokładnie ten sam proces zachodzi we wnętrzu Słońca.
Korzyści są ogromne:
- praktycznie zerowa emisja dwutlenku węgla,
- wielokrotnie większa gęstość energii niż w paliwach kopalnych,
- znacznie mniej długożyciowych odpadów radioaktywnych,
- bardzo wysokie bezpieczeństwo – reakcja nie może wymknąć się spod kontroli w taki sposób jak klasyczny reaktor rozszczepieniowy.
Od dziesięcioleci największym problemem nie jest samo uzyskanie reakcji fuzji. Naukowcy wielokrotnie udowodnili, że jest ona możliwa. Trudność polega na zbudowaniu elektrowni, która będzie pracowała stabilnie przez wiele lat i produkowała więcej energii, niż sama zużywa.
Największy problem? Paliwo
Większość projektowanych reaktorów fuzyjnych wykorzystuje dwa izotopy wodoru:
- deuter,
- tryt.
Deuter występuje stosunkowo powszechnie w wodzie morskiej.
Tryt jest natomiast niezwykle rzadki. Na całym świecie produkuje się go zaledwie około kilkudziesięciu kilogramów rocznie. Dodatkowo jego okres połowicznego rozpadu wynosi około 12 lat, dlatego nie można go po prostu magazynować przez dziesięciolecia.
Bez odpowiednich ilości trytu komercyjna energetyka fuzyjna praktycznie nie ma szans powstać.
Skąd wziąć tryt?
Plan zakłada jego produkcję bezpośrednio wewnątrz przyszłego reaktora.
Wokół komory plazmowej ma znajdować się specjalna warstwa materiału, nazywana blanketem. Jednym z najbardziej obiecujących kandydatów jest stopiony materiał FLiBe, czyli mieszanina fluorków:
- litu,
- berylu,
- fluoru.
Neutrony powstające podczas reakcji fuzyjnej bombardują lit zawarty w FLiBe, prowadząc do powstawania trytu.
Brzmi prosto, ale chemia zachodząca w takim środowisku jest niezwykle złożona. Nawet najpotężniejsze klasyczne superkomputery napotykają ogromne trudności przy dokładnym modelowaniu zachowania elektronów w takich układach.
Dlaczego zwykłe komputery nie wystarczają?
Każdy atom posiada elektrony oddziałujące ze sobą zgodnie z mechaniką kwantową.
Liczba możliwych konfiguracji rośnie wykładniczo wraz z liczbą atomów.
Oznacza to, że nawet superkomputery liczące w eksaskali muszą stosować liczne uproszczenia.
W przypadku materiałów dla reaktorów fuzyjnych takie uproszczenia mogą prowadzić do błędnych przewidywań dotyczących:
- trwałości materiału,
- wydajności produkcji trytu,
- odporności chemicznej,
- procesów korozji.
Tutaj pojawiają się komputery kwantowe
Komputer kwantowy nie zastępuje klasycznego superkomputera.
W opisywanym projekcie wykorzystano tzw. quantum-centric supercomputing, czyli podejście hybrydowe.
Podział pracy wyglądał następująco:
- sztuczna inteligencja analizowała ogromną liczbę potencjalnych materiałów,
- superkomputer wykonywał klasyczne obliczenia,
- komputer kwantowy rozwiązywał najtrudniejsze fragmenty dotyczące zachowania elektronów.
To właśnie te najbardziej wymagające obliczenia były wcześniej największą przeszkodą.
Co dokładnie udało się osiągnąć?
Zespół badawczy przeanalizował dziewięć konfiguracji molekularnych materiału FLiBe.
Było to pierwsze udokumentowane wykorzystanie komputera kwantowego do modelowania chemii materiałów przeznaczonych do produkcji paliwa fuzyjnego. Wyniki pokazały bardzo wysoką zgodność z najbardziej dokładnymi metodami klasycznymi przy jednoczesnym wskazaniu kierunku dalszego skalowania obliczeń.
Nie oznacza to, że komputer kwantowy samodzielnie zaprojektował reaktor.
Pokazał jednak, że potrafi wykonywać obliczenia, które wcześniej stanowiły jedno z największych wyzwań obliczeniowych.
IBM Heron – serce projektu
Badania wykorzystały procesor IBM Quantum Heron.
Nie jest to jeszcze komputer kwantowy odporny na błędy, ale należy do najbardziej zaawansowanych układów dostępnych obecnie dla badań naukowych.
Kluczowe było nie samo wykorzystanie procesora, lecz stworzenie algorytmów umożliwiających współpracę:
- komputerów klasycznych,
- superkomputerów,
- komputerów kwantowych,
- modeli sztucznej inteligencji.
Eksperci od kilku lat wskazują właśnie taki model jako najbardziej realistyczną drogę rozwoju komputerów kwantowych.
Dlaczego to może zmienić energetykę?
Budowa komercyjnych elektrowni fuzyjnych wymaga projektowania nowych materiałów odpornych na:
- temperatury liczone w milionach stopni,
- intensywne promieniowanie neutronowe,
- silne pola magnetyczne,
- agresywne środowisko chemiczne.
Każdy eksperyment laboratoryjny kosztuje miliony dolarów i trwa miesiące lub lata.
Jeżeli komputer kwantowy pozwoli odrzucić większość nieudanych kandydatów już na etapie symulacji, tempo rozwoju może znacząco wzrosnąć.
To dopiero początek
Naukowcy podkreślają, że obecne badanie było demonstracją możliwości technologii.
Kolejnym krokiem będzie modelowanie coraz większych układów atomowych oraz dokładniejsze przewidywanie procesów zachodzących w materiałach blanketowych podczas wieloletniej pracy reaktora.
Czy oznacza to szybkie powstanie elektrowni fuzyjnych?
Nie.
Przed światem nadal stoją ogromne wyzwania:
- długotrwałe utrzymanie plazmy,
- budowa odpornych materiałów konstrukcyjnych,
- ekonomiczna produkcja komponentów,
- niezawodne pozyskiwanie trytu,
- opłacalność całego procesu.
Jednak właśnie problem z trytem jest od lat uznawany za jedno z największych ograniczeń rozwoju energetyki fuzyjnej. Nowe badania pokazują, że komputery kwantowe mogą stać się narzędziem przyspieszającym rozwiązanie tego problemu.
Czy to już „przewaga kwantowa”?
Nie w ścisłym znaczeniu tego terminu. Badacze nie twierdzą, że komputer kwantowy całkowicie zastąpił superkomputery ani że wykonał zadanie niemożliwe dla klasycznych maszyn. Pokazali natomiast, że w hybrydowym środowisku obliczeniowym komputery kwantowe mogą przejąć najbardziej wymagające fragmenty obliczeń chemicznych, co otwiera drogę do bardziej złożonych symulacji w przyszłości.
Podsumowanie
Lipcowy projekt IBM, Oak Ridge National Laboratory i Cleveland Clinic nie rozwiązuje wszystkich problemów energetyki fuzyjnej, ale stanowi ważny dowód, że komputery kwantowe zaczynają wychodzić poza laboratoria demonstracyjne. Zamiast wykonywać wyłącznie eksperymentalne algorytmy, zostały wykorzystane do rozwiązania rzeczywistego problemu naukowego związanego z projektowaniem materiałów dla przyszłych elektrowni termojądrowych.
Jeżeli rozwój hybrydowych systemów łączących sztuczną inteligencję, superkomputery i procesory kwantowe będzie postępował w obecnym tempie, mogą one w najbliższych latach znacząco przyspieszyć odkrywanie nowych materiałów nie tylko dla energetyki fuzyjnej, ale również dla medycyny, chemii, elektroniki i przemysłu kosmicznego. Choć do komercyjnych elektrowni fuzyjnych wciąż pozostaje długa droga, właśnie takie osiągnięcia pokazują, że komputery kwantowe zaczynają pełnić rolę praktycznego narzędzia badawczego, a nie jedynie technologicznej ciekawostki.
Zapraszamy do odwiedzenia naszej strony gsenergia.pl, gdzie znajdą Państwo pełen zakres naszych usług.
Oferujemy m.in.: Magazyny Energii, Audyty Energetyczne, Świadectwa Charakterystyki Energetycznej, Wsparcie w Pozyskiwaniu Fuduszy, EMS i rozwiązania w zakresie Dekarbonizacji.
Odkryj więcej!
