EL REACTOR DE FUSION

Desde la Antigüedad, los pueblos han adorado al Sol como portador de vida, esperanza y prosperidad. Los griegos creían que Helios, el dios del astro rey, cabalgaba orgulloso por el cielo en su resplandeciente carro, iluminando el mundo y dando calor y consuelo a los mortales de abajo. Pero, más recientemente, los científicos han intentado capturar el secreto del Sol y traer su ilimitada energía a la Tierra. El principal candidato para ello es la llamada «fusión», que hay quien dice que es como meter el Sol en una botella. Sobre el papel, parece la solución ideal a todos nuestros problemas energéticos. Generaría eternamente energía ilimitada, sin muchos de los problemas asociados a los combustibles fósiles y las nucleares. Y, como es neutra en carbono, podría salvarnos del calentamiento global. Parece un sueño hecho realidad.

Por desgracia, los físicos exageraron al plantear esta tecnología. Lo gracioso es que, cada veinte años, estos afirman que la energía de fusión es solo cosa de otros veinte años en el futuro. Pero ahora las principales naciones industriales aseguran que está por fin a nuestro alcance y que cumplirá su promesa de proporcionar energía ilimitada casi sin coste alguno.

En la actualidad, los reactores de fusión siguen siendo tan caros y complejos que es probable que la comercialización de esta tecnología aún tarde unas cuantas décadas en establecerse. Sin embargo, con la llegada de los ordenadores cuánticos, muchos científicos esperan que se resuelvan algunas de las obstinadas dificultades que impiden la producción de energía de fusión, al allanar el camino para convertir los reactores de fusión en una realidad práctica y económica. Los ordenadores cuánticos pueden resultar ser una tecnología clave que ayude a introducir la energía de fusión en nuestros hogares y ciudades.

La esperanza es que la energía de fusión se comercialice antes de que el calentamiento global aumente la temperatura del planeta irreversiblemente.

§. ¿Por qué brilla el sol?

Siempre nos hemos preguntado qué es lo que impulsa al Sol. Su energía parece ilimitada, incluso divina. Algunos especulaban con que el Sol debía de ser un gigantesco horno en el cielo. Pero un simple cálculo muestra que la combustión solo duraría unos pocos siglos o milenios y que, en el vacío del espacio, el fuego se extinguiría instantáneamente. Entonces ¿por qué brilla el Sol? La famosa ecuación de Einstein, E = mc2 desveló por fin el secreto del astro rey. Los físicos se dieron cuenta de que el Sol, compuesto principalmente de hidrógeno, obtenía su inmensa energía mediante la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio. Cuando se comparó el peso del hidrógeno original con el peso del helio, se observó que faltaba un poco de masa. Una pequeña fracción se perdía en el proceso de fusión. Este déficit de masa, en la fórmula de Einstein, se convierte en la tremenda energía que ilumina el sistema solar.

La gente tomó conciencia del enorme poder encerrado en el átomo de hidrógeno cuando se desató mediante la detonación de la bomba de hidrógeno. En cierto sentido, se trajo a la Tierra un pedazo del Sol, con implicaciones trascendentales.

§. Ventajas de la fusión

En realidad, hay dos formas de desencadenar este fuego nuclear. Se puede fusionar el hidrógeno para formar helio o se puede dividir, mediante la fisión, el átomo de uranio o plutonio para liberar energía nuclear. En cada proceso, cuando se compara el peso de los ingredientes con el peso del producto final, desaparece una pequeña cantidad de masa, que puede hallarse en forma de energía nuclear. Aunque todas las centrales nucleares comerciales obtienen su energía mediante la fisión del uranio, la fusión presenta algunas ventajas notables. En primer lugar, a diferencia de las centrales de fisión, la fusión no genera grandes cantidades de residuos nucleares mortales. En un reactor de fisión, el núcleo de uranio se divide, liberando energía, pero también puede crear un aluvión de cientos de productos radiactivos, como estroncio-90, yodo-131 y cesio-137, entre otros.

Algunos de estos subproductos seguirán siendo radiactivos durante millones de años, lo que obligará a vigilar gigantescos vertederos nucleares en el futuro. Una sola central de fisión comercial, por ejemplo, puede crear treinta toneladas de residuos nucleares de alta actividad en solo un año. Los vertederos de estos subproductos son como gigantescos mausoleos. En todo el mundo hay trescientas setenta mil toneladas de mortíferos productos de fisión que hay que vigilar cuidadosamente.

Las centrales de fusión, por el contrario, producen gas helio como residuo, que, de hecho, tiene valor comercial. Parte del acero irradiado en una planta de fusión también puede volverse radiactivo tras décadas de uso, pero es posible eliminarlo fácilmente enterrándolo. En segundo lugar, a diferencia de las centrales de fisión, las de fusión no pueden sufrir catástrofes nucleares. En las primeras, los residuos siguen generando gran cantidad de calor aunque se apague el reactor. Cuando se pierde el agua de refrigeración en un accidente de una central nuclear de fisión, la temperatura puede dispararse hasta que el reactor alcance los 2800 grados Celsius y empiece a fundirse, creando desastrosas explosiones. En Chernóbil, por ejemplo, en 1986, las explosiones de vapor y gas hidrógeno volaron el techo del reactor, liberando cerca del 25 por ciento de los materiales radiactivos del núcleo a la atmósfera y sobre Europa. Fue el peor accidente nuclear de la historia en una central comercial.

Por el contrario, si un reactor de fusión sufre un accidente, el proceso simplemente se detiene. No se genera más calor y el incidente concluye. En tercer lugar, el combustible para un reactor de fusión es ilimitado. El uranio, en cambio, es escaso y requiere todo un ciclo de extracción, molturación y enriquecimiento para producir combustible utilizable. En cambio, el hidrógeno puede extraerse del agua de mar corriente. En cuarto lugar, la fusión es muy eficaz liberando la energía del átomo. Un gramo de hidrógeno pesado puede producir noventa mil kilovatios de energía eléctrica, o el equivalente a once toneladas de carbón.

Por último, las centrales de fusión y fisión no generan dióxido de carbono, por lo que no agravan el calentamiento global.

§. Construcción de un reactor de fusión

Dos son los ingredientes básicos para una máquina de fusión. En primer lugar, se necesita una fuente de hidrógeno calentado a muchos millones de grados, en realidad más caliente que el Sol, para que se convierta en plasma, que es el cuarto estado de la materia (después de los sólidos, los líquidos y los gases). El plasma es un gas tan caliente que algunos de sus electrones han sido arrancados. Es la forma más común de materia en el universo y constituye las estrellas, el gas interestelar e incluso los rayos. En segundo lugar, se necesita una forma de contener el plasma a medida que se calienta. En las estrellas, si bien la gravedad comprime el gas, en la Tierra esta es demasiado débil para lograrlo, así que utilizamos campos eléctricos y magnéticos.

Figura 1: tokamak. En un reactor de fusión, se enrollan bobinas de alambre alrededor de una cámara en forma de dónut, lo que crea un potente campo magnético que confina un plasma supercaliente. La clave del tokamak consiste en calentar el gas para que la fusión libere grandes cantidades de energía. En el futuro, los ordenadores cuánticos podrían utilizarse para alterar e incluso mejorar la configuración exacta del campo magnético, aumentando así su potencia y eficiencia y reduciendo enormemente los costes.

El diseño más habitual para el reactor de fusión se llama tokamak, de origen ruso. Coja un cilindro y luego enrolle a su alrededor bobinas de alambre. Tome los dos extremos del cilindro y únalos, formando un dónut. Inyecte gas hidrógeno en él y luego dispare una corriente eléctrica a través del cilindro, lo que calienta el gas hasta temperaturas enormes. Para contener este plasma ardiente, se introducen enormes cantidades de energía eléctrica en las bobinas que rodean el dónut, conteniendo así dicho material con un potente campo magnético e impidiendo que toque las paredes del reactor.

Por último, una vez iniciada la fusión, los núcleos de hidrógeno se combinan para formar helio, liberando en el proceso grandes cantidades de energía. En un diseño concreto, dos isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio, se fusionan, lo que crea energía, helio y un neutrón. Este último, a su vez, transporta la energía de la fusión fuera del reactor, donde choca con una cubierta que rodea el tokamak. Esta cubierta, hecha generalmente de berilio, cobre y acero, se calienta y el agua de las tuberías que hay en ella empieza a hervir. El vapor así creado puede empujar las palas de una turbina y hacer girar gigantescos imanes. Este campo magnético, a su vez, empuja a los electrones de la turbina y genera la electricidad que acaba llegando al salón de su casa.

§. ¿Por qué los retrasos?

Con todas estas ventajas a la espera, ¿qué es lo que causa tantos retrasos en la energía de fusión? Han pasado unos setenta años desde que se construyeron las primeras centrales de este tipo, así que ¿por qué se tarda tanto? El problema no es de física, sino de ingeniería. El gas hidrógeno debe calentarse a muchos millones de grados, más que la temperatura del Sol, para que sus núcleos se combinen, formen helio y liberen energía. Pero calentar el gas a esa enorme temperatura es difícil, ya que este suele ser inestable y la reacción de fusión se detiene. Los físicos llevan décadas intentando contener el hidrógeno para poder calentarlo a temperaturas estelares.

En retrospectiva, los físicos ven lo relativamente fácil que es para la naturaleza liberar energía de fusión en el corazón de una estrella. Los astros comienzan siendo una bola de gas hidrógeno comprimida uniformemente por la gravedad. A medida que la bola se hace más y más pequeña, la temperatura empieza a aumentar, hasta que alcanza muchos millones de grados, y es entonces cuando el hidrógeno comienza a fusionarse y la estrella se enciende. Obsérvese que este proceso se produce de forma natural, porque la gravedad es monopolar, es decir, se parte de un polo (no de dos), por lo que la bola de gas original colapsa por sí sola por su propia gravedad. Como resultado, las estrellas son relativamente fáciles de formar, y por eso vemos miles de millones de ellas con nuestros telescopios.

No obstante, la electricidad y el magnetismo son diferentes: son bipolares. Una barra magnética, por ejemplo, siempre tiene un polo norte y un polo sur. No se puede aislar un polo norte con un martillazo. Si se parte un imán por la mitad, se obtienen dos barras magnéticas más pequeñas, cada una con sus propios polos norte y sur.

He aquí el problema. Es extremadamente difícil crear un campo magnético potente para comprimir gas hidrógeno supercaliente en forma de dónut durante el tiempo suficiente para que se dé la fusión. Para ver por qué esto es así, piense en un globo alargado, como los que se utilizan para recrear animales. Ahora una los extremos del mismo para formar un dónut. A continuación, trate de apretarlo uniformemente. No importa dónde haga fuerza, el aire se las arreglará para empujar el globo por algún otro lugar. Es muy difícil apretarlo de manera que el aire del interior se comprima uniformemente.

§. ITER

Con el final de la Guerra Fría y la constatación de que construir un reactor de fusión era prohibitivamente caro, naciones de todo el mundo empezaron a poner en común sus conocimientos y recursos para el dominio pacífico del átomo. En 1979, las grandes potencias impulsaron la creación de un reactor de fusión internacional. Los presidentes Ronald Reagan y Mijaíl Gorbachov se reunieron y contribuyeron a sellar el acuerdo. El Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER, por sus siglas en inglés) es un ejemplo de esta cooperación mundial. Treinta y cinco países participan en la financiación de este ambicioso proyecto, entre ellos la Unión Europea, Estados Unidos, Japón y Corea.

Para medir la eficacia de un reactor de fusión, los físicos introdujeron la magnitud llamada Q, que es la energía generada por el reactor dividida por la energía que consume. Cuando Q = 1, se alcanza el umbral de rentabilidad, es decir, se produce tanta energía como se consume. Actualmente, el récord mundial de una central de fusión se sitúa en torno a Q = 0,7. Se prevé que el ITER alcance el umbral de rentabilidad en 2025. Pero está diseñado para acabar alcanzando Q = 10, lo que generaría mucha más energía de la que consume. El ITER es una máquina colosal que pesa más de cinco mil toneladas, lo que lo convierte en uno de los instrumentos científicos más sofisticados de todos los tiempos, junto con la Estación Espacial Internacional y el Gran Colisionador de Hadrones. Comparado con los anteriores reactores de fusión, el ITER es el doble de grande y dieciséis veces más pesado. Su toroide es gigantesco, de casi veinte metros de diámetro y once metros de altura. Para confinar el plasma, sus imanes generan un campo magnético doscientas ochenta mil veces superior al de la Tierra.

Asimismo, es el proyecto de fusión más ambicioso del mundo. Está pensado para generar cuatrocientos cincuenta millones de vatios netos de energía, pero no se conectará a la red eléctrica. Se puso en marcha en régimen de prueba en 2025 y podría alcanzar plena potencia en 2035. Si tiene éxito, allanará el camino para el reactor de fusión de próxima generación, denominado DEMO, cuya finalización está prevista para el año 2050. Este está diseñado para alcanzar Q = 25 y producir hasta dos gigavatios de energía.

Si bien el objetivo es disponer de energía de fusión comercial antes de mediados del siglo XXI, los analistas subrayan que esta no resolverá la crisis del calentamiento global a corto plazo. «La fusión no es una solución para llegar a 2050 sin emisiones netas, sino una solución para dar energía a la sociedad en la segunda mitad de este siglo», afirmaba Jon Amos, corresponsal científico de BBC News.61 La clave del ITER son sus enormes campos magnéticos, posibles gracias a la superconductividad, que es el punto en el que desaparece toda resistencia eléctrica a temperaturas ultrabajas, lo que permite crear los campos magnéticos más potentes. Disminuir la temperatura hasta casi el cero absoluto reduce la resistencia eléctrica, elimina la disipación de calor y aumenta la eficacia del campo magnético.

La superconductividad se describió por primera vez en 1911, cuando se enfrió mercurio a 4,2 grados Kelvin, cerca del cero absoluto. En aquella época, se creía que los movimientos atómicos aleatorios casi se paralizaban a esta temperatura, por lo que los electrones por fin podían viajar libremente sin resistencia. Por eso se consideraba un misterio que varias sustancias pudieran volverse superconductoras a temperaturas aún más altas. Pero hubo que esperar hasta 1957 para que John Bardeen, Leon Cooper y John Schrieffer crearan por fin una teoría cuántica de la superconductividad. Descubrieron que, en determinadas condiciones, los electrones pueden formar los denominados «pares de Cooper» y desplazarse por la superficie de un material superconductor sin resistencia. La teoría predecía que la temperatura máxima de este era de 40 grados Kelvin.

Incluso antes de que se enciendan los imanes del ITER, versiones similares pero más pequeñas del mismo han demostrado que el boceto del tokamak es correcto. El diseño del ITER recibió un tremendo impulso en 2022, cuando se anunció que dos versiones de menor tamaño, una con sede en las afueras de Oxford (Inglaterra) y otra en China, habían logrado un récord. El reactor de fusión de Oxford, llamado JET (acrónimo de Joint European Torus), fue capaz de alcanzar Q = 0,33 durante cinco segundos, batiendo un récord que él mismo había logrado hace veinticuatro años. Esto equivale aproximadamente a once megavatios de potencia, o la potencia necesaria para calentar sesenta teteras de agua.

«Los experimentos del JET nos acercan un paso más a la energía de fusión», afirmaba Joe Milnes, uno de los directores del laboratorio. «Hemos demostrado que podemos crear una miniestrella dentro de nuestra máquina, mantenerla durante cinco segundos y obtener un alto rendimiento, lo que realmente nos lleva a un ámbito nuevo». Arthur Turrell, una autoridad en energía de fusión, señalaba: «Es un hito porque han conseguido la mayor cantidad de energía producida por reacciones de fusión de cualquier dispositivo de la historia». Sin embargo, desde el reactor en China anunciaron unos meses más tarde que eran capaces de mantener la fusión durante diecisiete minutos calentando el plasma a 158 millones de grados Celsius. Su reactor de fusión, llamado EAST (acrónimo de Experimental Advanced Superconducting Tokamak), al igual que su homólogo británico, se basa en el diseño original del tokamak, lo que indica que el ITER probablemente va por buen camino.

§. Diseños competidores

Dado que es mucho lo que está en juego y que los grandes campos magnéticos son muy difíciles de manipular, se han propuesto muchas ideas nuevas para contener el plasma. De hecho, hay unas veinticinco nuevas empresas que están preparando su propia versión de un reactor de fusión. En general, todos los diseños de fusión con tokamak emplean superconductores, creados enfriando las bobinas hasta cerca del cero absoluto, cuando la resistencia eléctrica casi desaparece. Pero en 1986 se encontró por ensayo y error una nueva clase de dichos materiales, lo que supuso un descubrimiento sensacional; podían alcanzar la fase de superconducción a la agradable temperatura de 77 grados Kelvin. (Esta nueva clase de materiales, llamados «superconductores de alta temperatura», se basaba en el enfriamiento de componentes cerámicos como el óxido de itrio, bario y cobre). Fue una noticia asombrosa, porque implicaba que se había descubierto una nueva teoría cuántica de la superconductividad y que los materiales cerámicos podían convertirse en superconductores con nitrógeno líquido ordinario. Esto era importante, ya que el nitrógeno líquido es tan caro como la leche y, por tanto, reduciría considerablemente el coste de los superimanes. (El hielo seco, o dióxido de carbono solidificado, cuesta unos 2,20 euros el kilogramo.

El nitrógeno líquido cuesta unos 8,90 euros el kilo. Sin embargo, el helio líquido, que es lo que la mayoría de los superconductores utilizan como refrigerante, cuesta 202 euros el kilo). Quizá esto no parezca una gran mejora para el ciudadano de a pie, pero para un físico abre una multitud de oportunidades. Como el componente más complejo de un reactor de fusión son los imanes, esto cambia por completo la situación desde el punto de vista económico y, por tanto, las perspectivas de esta tecnología. Aunque el descubrimiento de los superconductores cerámicos de alta temperatura llegó demasiado tarde para incorporarlos al ITER, abrió la posibilidad de utilizar esta tecnología en la próxima generación de reactores de fusión.

Un proyecto prometedor que utiliza este nuevo método es el reactor SPARC, que se anunció en 2018 y ha atraído rápidamente la atención (y las billeteras) de destacados multimillonarios como Bill Gates y Richard Branson, lo que ha permitido al equipo del SPARC recaudar más de doscientos cincuenta millones de dólares en poco tiempo. (Pero, comparado con los veintiún mil millones de dólares gastados hasta ahora en el ITER, esto no es más que calderilla). En 2021, el SPARC superó un enorme hito al probar con éxito sus imanes superconductores de alta temperatura, capaces de generar un campo magnético cuarenta mil veces superior al de la Tierra. «Este imán cambiará la trayectoria tanto de la ciencia de la fusión como de la energía, y creemos que, con el tiempo, cambiará el panorama energético mundial», afirmaba Dennis Whyte, del MIT.64 «Es algo muy importante. No es una exageración, es una realidad», declaró Andrew Holland, director ejecutivo de la Asociación del Sector de la Fusión. SPARC podría alcanzar el umbral de rentabilidad Q = 1 en 2026, más o menos al mismo tiempo que el ITER, pero a una fracción del coste y el tiempo.

El SPARC por sí solo no generará energía eléctrica comercial, pero puede que su sucesor, el reactor ARC, sí lo haga. Si tiene éxito, debería desplazar el centro de gravedad de la investigación sobre fusión, obligando a la próxima generación de reactores a adoptar las últimas tecnologías, como los avances en superconductores de alta temperatura y quizá ordenadores cuánticos, que serían necesarios para mejorar la crucial estabilidad del campo magnético para poder contener el plasma.

Sin embargo, la ciencia de los superconductores se hizo bastante confusa con el reciente anuncio de que por fin se había conseguido un material tal a temperatura ambiente. Normalmente, una creación como esta se habría anunciado como el santo grial de la física de baja temperatura, el producto final de décadas de duro trabajo. Sin embargo, este descubrimiento tenía un enorme problema. Los físicos crearon por fin un superconductor a temperatura ambiente, pero solo si se comprimía a 2,6 millones de veces la presión atmosférica. A esas presiones astronómicas, para realizar incluso el experimento más sencillo se necesita maquinaria muy especializada, de la que no todo el mundo dispone. Por eso, los físicos se mantienen a la expectativa, para ver si la presión puede reducirse, de modo que los superconductores a temperatura ambiente se conviertan en una alternativa útil.

§. Fusión láser

El Departamento de Energía de Estados Unidos ha adoptado un enfoque totalmente distinto de la fusión, utilizando gigantescos haces láser en lugar de potentes imanes para calentar el hidrógeno. la NIF (del inglés National Ignition Facility), una enorme instalación en el Laboratorio Nacional Livermore, en California, con un coste de tres mil doscientos millones de euros. De lejos pueden verse la trayectoria seguida por ciento noventa y dos rayos láser de los más potentes del planeta. Cuando estos se disparan, durante una milmillonésima de segundo, inciden en ciento noventa y dos espejos. Cada uno de ellos está cuidadosamente colocado para reflejar el haz sobre el objetivo, que es una pequeña bolita del tamaño de un guisante y que contiene deuteruro de litio, rico en hidrógeno.

Esto hace que la superficie de la bolita se vaporice y colapse, lo que eleva su temperatura a decenas de millones de grados. Cuando se calienta y se comprime hasta ese punto, se produce la fusión y se emiten neutrones, lo cual revela el fenómeno. Al final, el objetivo es generar energía comercial mediante la fusión por láser. Cuando el blanco se vaporice, se emitirán neutrones que, a continuación, atravesarán la cubierta. Al igual que en el tokamak, se espera que estas partículas de alta energía transfieran su energía a la cubierta, que se calentará y hará hervir el agua, la cual se introducirá en una turbina para generar energía comercial.

En 2021, la NIF alcanzó un hito: fue capaz de producir diez mil billones de vatios de potencia en cien billonésimas de segundo, a 100 millones de grados Kelvin, con lo que batió su récord anterior. Comprimió la bolita de combustible a trescientos cincuenta millones de veces la presión atmosférica. Por último, en diciembre de 2022, la NIF saltó a los titulares de todo el mundo con el sensacional anuncio de que, por primera vez en la historia, había alcanzado una Q superior a 1, es decir, que generaba más energía de la que consumía. Se trataba de un acontecimiento histórico que demostraba que la fusión era un objetivo alcanzable.

Pero los físicos también advirtieron que se trataba solo del primer paso. El segundo paso sería ampliar el reactor para que pueda suministrar energía a toda una ciudad. Después, esta debía poder reproducirse de forma rentable y difundirse por todo el mundo. Queda por ver si será posible comercializar la NIF para crear cantidades prácticas de energía. Mientras tanto, el diseño tokamak sigue siendo el más avanzado y el más común.

§. Problemas con la fusión

Aunque la energía de fusión tiene la capacidad de cambiar la forma en que consumimos energía en la Tierra, hay problemas persistentes que han dado lugar a falsas esperanzas y sueños rotos. Muchos de los esfuerzos realizados hasta ahora para sacar partido de la energía de fusión han sido decepcionantes. Desde los años cincuenta ha habido más de cien reactores de este tipo, pero ninguno producía más energía de la que consumía. Muchos fueron abandonados. Un problema fundamental es la configuración toroidal (en forma de rosquilla) del diseño tokamak, que resolvía un problema (la capacidad de contener el plasma a altas temperaturas), pero provocaba otro (la inestabilidad).

Debido a la naturaleza toroidal del campo magnético, es difícil mantener un proceso de fusión estable durante el tiempo suficiente para satisfacer el criterio de Lawson, que requiere cierta temperatura, densidad y duración para provocar la fusión. Si se producen pequeñas irregularidades en el campo magnético del tokamak, el plasma podría volverse inestable. El problema se agrava por la interacción entre el plasma y el campo magnético. Aunque el campo magnético externo pueda contener inicialmente el plasma, este tiene el suyo propio, que puede interactuar con el campo magnético del reactor, que es mayor, y volverse inestable.

El hecho de que las ecuaciones para el plasma y el campo magnético estén estrechamente acopladas crea efectos de ondulación. Si hay una ligera irregularidad en las líneas del campo magnético dentro del dónut, esto, a su vez, puede causar irregularidades en el plasma contenido. Pero, como este tiene su propio campo magnético, refuerza la irregularidad original. Así, es posible que se produzca un efecto dominó, en el que la irregularidad va aumentando cada vez que los dos campos magnéticos se refuerzan mutuamente. A veces, esta adquiere tales proporciones que puede llegar a tocar las paredes del reactor y agujerearlo. Esta es la razón fundamental por la que ha sido tan difícil cumplir el criterio de Lawson y mantener el proceso de fusión estable el tiempo suficiente para crear un reactor autosostenible.

§. Fusión cuántica

Aquí es donde entran en juego los ordenadores cuánticos. Se conocen las ecuaciones del campo magnético y del plasma. El problema es que estas están acopladas entre sí, por lo que interactúan mutuamente de forma compleja. Pequeñas oscilaciones impredecibles pueden magnificarse de repente. Pero, mientras que los ordenadores digitales tienen dificultades para calcular en esta situación, los ordenadores cuánticos podrían ser capaces de hacerlo con esta compleja disposición. Hoy en día, si un reactor de fusión tiene un diseño erróneo, es prohibitivamente difícil volver a empezar y hacerlo desde cero. Sin embargo, si las ecuaciones están dentro de un ordenador cuántico, resulta sencillo utilizarlo para calcular si el diseño es óptimo o si puede haber otros más estables o eficientes.

Cambiar los parámetros de un programa informático cuántico es mucho más barato que rediseñar el imán de un reactor de fusión completamente nuevo, que cuesta miles de millones de dólares. Dado que un reactor puede costar entre diez mil y veinte mil millones de dólares, esto podría suponer un ahorro astronómico. Sería posible crear y probar nuevos diseños de forma virtual porque los ordenadores cuánticos pueden calcular sus propiedades. Asimismo, permitirían jugar fácilmente con una serie de nuevos diseños virtuales para ver si mejoran el rendimiento del reactor.

La capacidad de los ordenadores cuánticos también puede magnificarse si se combina con inteligencia artificial, ya que estos sistemas permiten variar la potencia de los distintos imanes de un reactor de fusión. Después, los ordenadores cuánticos analizarían la avalancha de datos producidos por este procedimiento para aumentar el factor Q. Por ejemplo, el programa de IA DeepMind ya se ha utilizado para modificar el reactor de fusión operado por la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza). «Creo que la IA desempeñará un papel muy importante en el futuro control de los tokamaks y en la ciencia de la fusión en general», afirmaba Federico Felici, de la Escuela Politécnica Federal. «La IA posee un enorme potencial para utilizarse de cara a mejorar el control y descubrir cómo hacer funcionar estos dispositivos de forma más eficaz». Así pues, la IA y los ordenadores cuánticos pueden trabajar codo con codo para aumentar la eficiencia de los reactores de fusión, lo que a su vez aportaría energía al futuro y ayudaría a reducir el calentamiento global.

Otra aplicación de los ordenadores cuánticos es descifrar cómo funcionan los superconductores cerámicos de alta temperatura. Como ya se ha dicho, en la actualidad nadie sabe por qué poseen esta mágica propiedad. Estos materiales existen desde hace más de cuarenta años y, sin embargo, no hay consenso alguno. Se han propuesto modelos teóricos, pero son solo eso: teóricos. Sin embargo, un ordenador cuántico podría suponer un cambio al respecto. Dado que sigue en sí mismo la mecánica cuántica, sería capaz de calcular la distribución de electrones en las capas bidimensionales del interior del superconductor cerámico y, así, determinar qué teoría es la correcta.

Además, hemos visto que la creación de superconductores se sigue haciendo por ensayo y error. Pueden ir descubriéndose por accidente, pero esto significa que hay que diseñar experimentos totalmente nuevos cada vez que se prueba otro material. No hay una forma sistemática de hallar superconductores. No obstante, un ordenador cuántico podrá crear un laboratorio virtual en el que probar nuevas propuestas de estos materiales. En una sola tarde se podrían probar rápidamente decenas de sustancias interesantes, en lugar de tardar años y gastar millones en examinar cada una de ellas. Así pues, los ordenadores cuánticos pueden ser la clave de un futuro energético sin contaminación, barato y fiable.

Pero, si logramos resolver las ecuaciones de la fusión en un ordenador cuántico, quizá también podamos resolver la ecuación de la fusión que se halla en el corazón de las estrellas, de modo que lleguemos a desentrañar el secreto de los hornos nucleares internos diseminados por el cielo nocturno, cómo los astros explotan en una supernova para acabar convirtiéndose en el objeto más misterioso del universo, un agujero negro.

© 2026 JAVIER DE LUCAS