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Les premiers résultats ouvrent la voie à la réalisation de l’objectif principal de la mission Genesis des États-Unis.

Un algorithme de supercalculateur quantique s’attaque à l’extraction du tritium - un obstacle majeur à la production d’une énergie abondante et un défi de longue date pour les ordinateurs classiques utilisés seuls.

YORKTOWN HEIGHTS, New York, le 06 juillet 2026 – Une équipe de scientifiques du laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL), de la Cleveland Clinic et d’IBM (NYSE : IBM) a calculé neuf configurations moléculaires d’un matériau prometteur destiné à la production de combustible pour l’énergie de fusion, marquant ainsi la première démonstration connue de ce type de calculs sur des ordinateurs quantiques.

Ces calculs, présentés dans un nouvel article publié sur arXiv, sont difficiles à réaliser à grande échelle avec des ordinateurs classiques lorsqu’ils sont utilisés seuls. Ils constituent une étape fondamentale vers l’optimisation de la production et de l’extraction du tritium, un matériau extrêmement rare dans la nature et indispensable à la production d’énergie de fusion avec la plupart des dispositifs de fusion envisagés. Garantir un approvisionnement suffisant en tritium représente depuis longtemps un obstacle majeur à la concrétisation de la promesse d’une énergie propre et abondante issue des centrales à fusion. La résolution de cette problématique constitue un objectif clé de la mission Genesis du Département américain de l’Énergie (DOE).

Les ordinateurs quantiques sont particulièrement adaptés à la modélisation de la chimie à l’échelle atomique d’un sel liquide composé de fluor, de lithium et de béryllium (FLiBe), l’un des principaux matériaux candidats pour l’extraction du tritium utilisé comme combustible dans les réacteurs à fusion. Pour calculer différentes configurations d’agrégats moléculaires de FLiBe, l’équipe a utilisé les mêmes techniques de supercalculateur quantique qui sont aujourd’hui appliquées à des simulations de protéines comprenant 12 635 atomes, en collaboration avec la Cleveland Clinic. Ces méthodes permettent de calculer le comportement quantique des électrons dans des matériaux complexes, en complément et en renforcement des capacités des supercalculateurs et des algorithmes classiques.

« Afin de démontrer les capacités rendues possibles par la mission Genesis, nous avons constitué une équipe composée d’experts de premier plan issus de sept laboratoires nationaux du DOE, de quatre universités, de trois partenaires industriels et de la Cleveland Clinic, afin de mener un cycle de recherche multidimensionnel visant à optimiser la production de tritium grâce aux matériaux à base de sel fondu de la couverture de fusion », a déclaré Tom Beck, Section Head for Science Engagement in the Computing and Computational Sciences Directorate à l’ORNL. « Les ordinateurs quantiques, tels que ceux conçus par IBM et optimisés par l’IA ainsi que le calcul exascale, constituent des outils essentiels pour accélérer les cycles de découverte et de conception nécessaires à la production de quantités suffisantes de tritium pour alimenter les réacteurs à fusion. »

« Ces travaux s’appuient sur nos avancées dans la simulation à grande échelle de systèmes biologiques complexes, notamment de protéines comprenant jusqu’à 12 635 atomes, et étendent ces techniques au domaine de la science des matériaux afin d’explorer avec davantage de précision et d’efficacité des systèmes pertinents pour la fusion », a déclaré l’auteur correspondant Kenneth Merz, PhD, chercheur à la Cleveland Clinic. « À la Cleveland Clinic, nous nous attachons à exploiter les technologies de pointe pour approfondir la compréhension scientifique et accélérer les découvertes. Cette collaboration reflète l’importance croissante de l’informatique quantique, de l’intelligence artificielle et du calcul haute performance en tant qu’outils au service de la recherche scientifique. En combinant ces technologies, les chercheurs sont en mesure d’apporter des solutions à des problématiques complexes du monde réel avec une rapidité et une précision accrues. »

« Réunir l’informatique quantique, l’intelligence artificielle et l’informatique classique est essentiel pour relever les défis scientifiques les plus fondamentaux de notre société et débloquer des capacités qu’aucun de ces paradigmes ne peut atteindre seul », a déclaré Jerry Chow, CTO of Quantum-Centric Supercomputing chez IBM. « Ces résultats viennent s’ajouter à un nombre croissant de preuves démontrant qu’un supercalculateur quantique constitue désormais un outil scientifique concret pour résoudre des problèmes qui représentent depuis longtemps un défi pour les chimistes, les ingénieurs et les spécialistes des matériaux. À mesure que les ordinateurs quantiques gagnent en qualité et en échelle, les perspectives qui s’ouvrent sont prometteuses. »

Le défi du tritium au cœur de l’énergie de fusion

Cette initiative s’inscrit dans l’objectif plus large de la mission Genesis, qui consiste à associer le calcul haute performance (HPC), l’intelligence artificielle et l’informatique quantique avec les principaux instruments scientifiques du pays au sein des 17 laboratoires nationaux du DOE, afin d’accélérer les découvertes scientifiques. En tant que l’un des collaborateurs industriels de la mission, IBM travaille avec ses partenaires pour explorer la manière dont un supercalculateur quantique — qui combine processeurs centraux (CPUs), processeurs graphiques (GPUs) et processeurs quantiques (QPUs) pour résoudre des problèmes qu’aucun ne peut traiter seul — pourrait contribuer à relever des défis nationaux majeurs, notamment la modélisation précise d’interactions complexes entre matériaux afin d’ouvrir la voie à une source d’approvisionnement en combustible pour des centrales à fusion pleinement opérationnelles et déployées à grande échelle.

L’optimisation de la meilleure formulation du FLiBe — dont la composition évolue en permanence sous l’effet d’un intense rayonnement neutronique, d’une chaleur extrême et de champs magnétiques — constitue aujourd’hui l’un des défis scientifiques et technologiques les plus complexes. Elle nécessite une étude approfondie de ses propriétés de mécanique quantique, notamment de son état énergétique, de sa stabilité et de ses interactions avec le tritium, afin de comprendre comment ce matériau pourra assurer plusieurs fonctions, dont celle de reproduction du tritium à des températures très élevées. À l’heure actuelle, ces recherches ne peuvent être menées qu’au moyen d’expérimentations complexes et coûteuses ou de méthodes d’approximation reposant sur le calcul classique, qui peuvent manquer de précision.

Pour calculer les énergies de différentes conformations du FLiBe, avec et sans tritium, l’équipe a eu recours à un supercalculateur quantique afin de faire travailler conjointement ordinateurs quantiques et classiques. Dans cette approche, les parties du problème pouvant être décomposées en circuits quantiques sont exécutées sur un ordinateur quantique. Cette méthode a permis de déterminer avec une plus grande précision la structure électronique du matériau ainsi que le comportement de ses atomes, en particulier la force avec laquelle ils lient le tritium au niveau moléculaire fondamental. Les scientifiques ont ainsi pu identifier l’éventail des configurations adoptées par les atomes au cours de leurs mouvements et en extraire des propriétés — notamment la force et le mécanisme par lesquels chaque configuration lie le tritium — qui seraient autrement restées inaccessibles.

Les prochaines étapes

Cette collaboration se poursuit, avec pour objectif de réduire le temps nécessaire au transfert de données entre les ressources quantiques et classiques, et d’augmenter l’échelle des interactions moléculaires simulées. À terme, l’équipe espère que les acteurs du secteur de l’énergie de fusion pourront utiliser directement ce processus pour concevoir et valider leurs propres matériaux.

Ces travaux viennent enrichir une série croissante d’avancées réalisées en 2026 qui démontrent que les ordinateurs quantiques d’IBM constituent des outils scientifiques utiles. Parmi celles-ci figurent la simulation de matériaux magnétiques réels, la création d’une molécule demi-Möbius jamais observée auparavant, ainsi que la modélisation de protéines présentant un intérêt pour la recherche biologique et comprenant jusqu’à 12 635 atomes.