박사 졸업생, 핵융합 에너지 연구에 양자 컴퓨팅 도입 기여

Rice University에서 화학 및 생분자 공학 박사 학위를 취득한 지 1년도 채 되지 않아, Thiago J. Pinheiro는 이미 세계에서 가장 진보된 computing 도구 중 일부를 사용하여 핵융합 에너지가 직면한 근본적인 과제 중 하나를 해결하는 데 기여하고 있습니다.

Rice University 시절 자신의 연구를 발표하고 있는 Pinheiro. 이미지 출처: Rice University

Pinheiro는 현재 Oak Ridge National Laboratory에서 박사후 연구원으로 재직하며 용융염 및 에너지 기술과 관련된 기타 재료의 원자 규모 거동을 연구하고 있습니다. 그는 최근 핵융합 에너지와 관련된 용융염의 분자 구조에 대해 최초로 알려진 양자 컴퓨팅 계산을 수행한 collaboration among ORNL, Cleveland Clinic and IBM에서 핵심적인 역할을 수행했습니다.

이 연구는 고전적인 고성능 컴퓨팅과 IBM 양자 컴퓨터를 결합하여 미래 원자로의 핵융합 반응을 둘러싼 액체 "blanket"의 유력한 후보로 간주되는 lithium fluoride와 beryllium fluoride의 혼합물인 FLiBe를 연구했습니다. 그 blanket은 제안된 많은 핵융합 시스템의 연료로 필요한 희귀 수소 동위원소인 tritium을 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 분자 수준에서 tritium이 FLiBe와 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 것은 핵융합로를 유지하기에 충분한 양을 생산하고 회수하기 위한 중요한 단계입니다.

Pinheiro에게 이 프로젝트는 Rice University에서 쌓은 연구 기반의 자연스러운 확장이었습니다.

“Rice University는 제가 이 업무를 준비하는 데 필수적인 역할을 했습니다.”라고 Pinheiro는 말했습니다. “열역학, 분자 시뮬레이션, 양자 역학 및 계산 재료 과학에서 받은 엄격한 훈련은 핵융합 과학, 양자 화학, 슈퍼컴퓨팅 및 양자 하드웨어를 결합하는 프로젝트에 기여할 수 있는 토대를 마련해 주었습니다.”

이 연구는 복잡한 계산을 고전 컴퓨터와 양자 컴퓨터로 나누는 “quantum-centric supercomputing” 접근 방식을 사용했습니다. 연구진은 tritium과의 상호 작용을 포함하여 FLiBe의 여러 분자 구성을 조사하여, 결합된 접근 방식이 이 염의 전자 구조와 결합 거동을 정확하게 설명할 수 있는지 탐구했습니다. 이 작업은 어려운 재료 문제를 해결하는 데 있어 신흥 양자 기술이 고전적인 슈퍼컴퓨팅을 보완할 수 있는 지점을 결정하기 위한 보다 광범위한 노력의 일환입니다.