ORNL·Cleveland Clinic·IBM, 핵융합 소재 FLiBe 분자 구조 양자 시뮬레이션 최초 수행

FLiBe와 트리튬 공급 문제

핵융합 발전에서 연료로 쓰이는 트리튬은 자연계에서 극히 희귀하다. 주요 핵융합 장치 대부분이 트리튬을 필요로 하지만, 안정적 공급 체계는 아직 구축되지 않았다. 이를 해결하기 위한 유력한 방안이 FLiBe, 즉 불소·리튬·베릴륨으로 이루어진 용융염을 트리튬 증식 소재로 활용하는 것이다. FLiBe는 강한 중성자 조사, 극한 온도, 자기장 환경에서 조성이 끊임없이 변화하기 때문에, 그 양자역학적 특성을 정밀하게 이해하는 일은 고전 컴퓨터만으로는 한계가 있었다.

양자-중심 슈퍼컴퓨팅 접근법

이번 연구에서 연구팀은 CPU·GPU·QPU(양자처리장치)를 결합하는 양자-중심 슈퍼컴퓨팅 방식을 사용했다. 문제 중 양자회로로 분해 가능한 부분은 양자컴퓨터에 위임하고, 나머지 계산은 고전 컴퓨터가 처리하는 하이브리드 구조다. 이 접근법을 통해 팀은 FLiBe 클러스터의 전자 구조와 원자 간 결합 방식, 특히 각 배열에서 트리튬이 결합하는 강도와 메커니즘을 보다 정밀하게 도출했다. 같은 방법론은 이미 12,635개 원자 규모의 단백질 시뮬레이션에도 적용된 바 있다.

DOE 제네시스 미션과 협력 규모

이번 연구는 미국 에너지부(DOE)의 제네시스 미션과 직접 연계된다. 제네시스 미션은 DOE 산하 17개 국립연구소의 고성능컴퓨터·AI·양자컴퓨팅을 통합해 과학 발견을 가속화하는 국가 프로젝트다. ORNL 측 발표에 따르면 이번 협력에는 7개 국립연구소, 4개 대학, 3개 산업 파트너, Cleveland Clinic이 참여하고 있다. IBM은 산업 협력사 자격으로 참여하며 자사 양자컴퓨터 인프라를 제공했다.

기술적 의의와 한계

FLiBe 분자 9개 배열의 계산이라는 규모는 실용 핵융합로 설계에 직접 적용하기에는 아직 이른 단계다. 연구팀 스스로도 양자-고전 자원 간 데이터 전송 속도 단축과 시뮬레이션 가능한 분자 크기 확장이 향후 과제임을 명시했다. 그러나 이번 결과는 양자컴퓨터가 기존 고전 근사법으로는 정확도에 한계가 있던 복잡 소재 문제에서 실질적 보완 수단이 될 수 있음을 보여주는 사례로 평가된다. 2026년 들어 IBM 양자컴퓨터의 실용 과학 활용 사례—자성 재료 시뮬레이션, 반-뫼비우스 분자 생성, 대규모 단백질 모델링—가 잇따르는 흐름 속에 이번 핵융합 소재 연구가 추가됐다.

향후 전망

연구팀은 이번에 개발한 워크플로를 핵융합 에너지 생태계 전반이 직접 활용할 수 있도록 공개하는 것을 목표로 삼고 있다. 양자컴퓨터의 규모가 커질수록 더 많은 FLiBe 배열과 더 복잡한 반응 경로를 다룰 수 있을 것으로 연구팀은 기대한다.