Ons praat oor die voorvereistes en gee kundige menings.
/ foto CC BY-ND
Waarom is helium in kwantumrekenaars nodig?
Voordat ons verder gaan na die verhaal van die heliumtekortsituasie, kom ons praat oor hoekom kwantumrekenaars in die eerste plek helium benodig.
Kwantummasjiene werk op qubits. Hulle, anders as klassieke stukkies, kan terselfdertyd in toestande 0 en 1 wees - in 'n superposisie. In 'n rekenaarstelsel vind die verskynsel van kwantumparallellisme plaas wanneer bewerkings gelyktydig met nul en een uitgevoer word. Hierdie kenmerk laat qubit-gebaseerde masjiene toe om sommige probleme vinniger op te los as klassieke rekenaars, soos om molekulêre en chemiese reaksies te simuleer.
Maar daar is 'n probleem: qubits is brose voorwerpe en hulle kan net 'n paar nanosekondes superposisie handhaaf. Dit word ontwrig deur selfs 'n effense temperatuurskommeling; die sogenaamde . Om qubit vernietiging te vermy, kwantumrekenaars by lae temperature - 10 mK (-273,14°C). Om temperature naby aan absolute nul te bereik, gebruik maatskappye vloeibare helium, of meer presies, 'n isotoop , wat nie onder sulke uiterste toestande verhard nie.
Wat is die probleem
In die nabye toekoms kan die IT-industrie 'n tekort aan helium-3 in die gesig staar vir die ontwikkeling van kwantumrekenaars. Op aarde word hierdie stof feitlik nooit in sy natuurlike vorm gevind nie - sy volume is in die planeet se atmosfeer (1,37 dpm relatief tot helium-4). Helium-3 is 'n vervalproduk van tritium, waarvan die produksie (die laaste swaarwaterkernreaktor is in die VSA gesluit). Daarna is begin om tritium te ontgin uit komponente van ontmantelde kernwapens, maar Volgens die Amerikaanse Kongresnavorsingsdiens het hierdie inisiatief nie die voorraad van die strategiese stof aansienlik vergroot nie. Rusland en die VSA het 'n paar reserwes, maar .
Die situasie word vererger deur die feit dat 'n redelik beduidende deel van helium-3 bestee word aan die vervaardiging van neutronskandeerders wat by grenskontrolepunte gebruik word om na radioaktiewe materiale te soek. Die neutronskandeerder is sedert 2000 'n verpligte hulpmiddel by alle Amerikaanse doeanekantore. Weens ’n aantal van hierdie faktore word die verskaffing van helium-3 in die Verenigde State reeds beheer deur regeringsinstansies wat kwotas aan openbare en private organisasies uitreik, en IT-kundiges is bekommerd dat daar binnekort nie genoeg helium-3 vir almal sal wees nie.
Hoe erg is dit?
Daar word geglo dat 'n tekort aan helium-3 'n negatiewe impak op kwantumontwikkelings sal hê. Blake Johnson, vise-president van die kwantumrekenaarvervaardiger Rigetti Computing, in 'n onderhoud met MIT Tech Review daardie koelmiddel is ongelooflik moeilik om te bekom. Die probleme word vererger deur die hoë koste daarvan - dit kos $40 XNUMX om een verkoelingseenheid te vul.
Maar verteenwoordigers van D-Wave, 'n ander kwantum-opstartonderneming, stem nie saam met Blake se mening nie. Deur Vise-president van die organisasie, die produksie van een kwantumrekenaar vereis slegs 'n klein hoeveelheid helium-3, wat onbeduidend genoem kan word in vergelyking met die totale beskikbare volume van die stof. Daarom sal die tekort aan koelmiddel onsigbaar wees vir die kwantumbedryf.
Boonop word ander metodes vir die onttrekking van helium-3 wat nie tritium behels nie, vandag ontwikkel. Een daarvan is die onttrekking van die isotoop uit aardgas. Eerstens ondergaan dit diep kondensasie by lae temperature, en gaan dan deur die prosesse van skeiding en regstelling (skeiding van gas onsuiwerhede). Voorheen is hierdie benadering as ekonomies onuitvoerbaar beskou, maar met die ontwikkeling van tegnologie het die situasie verander. Verlede jaar oor sy planne om helium-3 te begin vervaardig .
’n Aantal lande maak planne om helium-3 op die Maan te ontgin. Sy oppervlaklaag bevat tot (Tabel 2) van hierdie stof. Wetenskaplikes skat dat die hulpbron vir vyfduisend jaar sal hou. NASA het reeds begin skep wat herwin na helium-3. Die ontwikkeling van die ooreenstemmende terrestriële en maan-infrastruktuur word uitgevoer и . Maar dit sal eers in 2030 moontlik wees om dit in die praktyk te implementeer.
Nog 'n manier om 'n tekort aan helium-3 te voorkom, is om 'n plaasvervanger daarvoor te vind in die vervaardiging van neutronskandeerders. Terloops, sy in 2018 - dit het kristalle van sinksulfied en litium-6-fluoried geword. Hulle maak dit moontlik om radioaktiewe materiale met 'n akkuraatheid van meer as 90% te registreer.
/ foto CC BY-ND
Ander "kwantum" probleme
Behalwe die heliumtekort, is daar ander probleme wat die ontwikkeling van kwantumrekenaars belemmer. Die eerste is die gebrek aan hardeware komponente. Daar is nog min groot ondernemings in die wêreld wat die "vulsel" vir kwantummasjiene ontwikkel. Soms moet maatskappye wag totdat die verkoelingstelsel vervaardig is, .
’n Aantal lande probeer die probleem deur regeringsprogramme oplos. Sulke inisiatiewe is reeds in die VSA en Europa van stapel gestuur. Byvoorbeeld, net onlangs in Nederland, met die ondersteuning van die Ministerie van Ekonomie, het Delft Circuits begin werk. Dit produseer komponente vir kwantumrekenaarstelsels.
Nog 'n probleem is die gebrek aan spesialiste. Die vraag na hulle groei, maar dit is nie so maklik om hulle te vind nie. Deur NYT, daar is nie meer as 'n duisend ervare "kwantumingenieurs" in die wêreld nie. Vooraanstaande tegniese universiteite los die probleem op. Byvoorbeeld, reeds by MIT die eerste programme vir die opleiding van spesialiste in die werk met kwantummasjiene. Ontwikkeling van relevante akademiese programme en in die American National Quantum Initiative.
In die algemeen is IT-kundiges oortuig dat die probleme waarmee die skeppers van kwantumrekenaars te kampe het, heeltemal oorkombaar is. En in die toekoms kan ons nuwe tegnologiese deurbrake op hierdie gebied verwag.
Waaroor ons in die eerste blog oor onderneming IaaS skryf:
Bron: will.com