Расказваем пра перадумовы і прыводзім меркаванні экспертаў.
/ фота CC BY-ND
Навошта патрэбен гелій у квантавых кампутарах
Перш чым перайсці да аповяду аб сітуацыі з недахопам гелія, пагаворым аб тым, навошта наогул квантавым кампутарам патрэбен гелій.
Квантавыя машыны аперуюць кубітамі. Яны, у адрозненне ад класічных бітаў, могуць знаходзіцца ў станах 0 і 1 адначасова - у суперпазіцыі. У вылічальнай сістэме ўзнікае з'ява квантавага паралелізму, калі аперацыі праводзяцца адначасова з нулём і адзінкай. Гэтая асаблівасць дазваляе машынам на аснове кубітаў вырашаць некаторыя задачы хутчэй класічных кампутараў - напрыклад, мадэляваць малекулярныя і хімічныя рэакцыі.
Але тут ёсць праблема: кубіты - аб'екты далікатныя і падтрымліваць суперпазіцыю яны могуць усяго некалькі нанасекунд. Яе парушае нават невялікае ваганне тэмпературы, адбываецца так званая . Каб пазбегнуць разбурэння кубітаў, квантавым кампутарам. ва ўмовах нізкіх тэмператур - 10 мк (-273,14 ° C). Для дасягнення тэмператур, блізкіх да абсалютнага нуля, кампаніі выкарыстоўваюць вадкі гелій, а дакладней, ізатоп. , які не дубянее ў такіх экстрэмальных умовах.
У чым праблема
У найбліжэйшай будучыні ІТ-індустрыя можа сутыкнуцца з недахопам гелія-3 для распрацоўкі квантавых кампутараў. На Зямлі гэта рэчыва практычна не сустракаецца ў натуральным выглядзе - яго аб'ём у атмасферы планеты. (1,37 частак на мільён у адносінах да гелію-4). Гелій-3 з'яўляецца прадуктам распаду трыція, вытворчасць якога (у ЗША закрылі апошні цяжкаводны ядзерны рэактар). Пасля трыцій пачалі здабываць з кампанентаў спісанага ядзернага ўзбраення, але па Даследчай службы Кангрэса ЗША, гэтая ініцыятыва не дазволіла значна павялічыць запасы стратэгічнага рэчыва. У Расіі і ЗША ёсць некаторыя яго запасы, але .
Сітуацыю пагаршае той факт, што даволі значная частка гелія-3 ідзе на вытворчасць нейтронных сканараў, якія выкарыстоўваюцца на памежных пунктах для пошуку радыеактыўных матэрыялаў. Нейтронны сканер з'яўляецца абавязковым інструментам на ўсіх амерыканскіх мытнях з 2000 года. У сілу шэрагу дадзеных фактараў у ЗША пастаўкі гелія-3 ужо кантралююцца ўрадавымі органамі, якія выдаюць квоты дзяржаўным і прыватным арганізацыям, і ІТ-эксперты непакояцца, што хутка на ўсіх жадаючых гелія-3 пачне не хапаць.
Наколькі ўсё дрэнна
Ёсць меркаванне, што недахоп гелія-3 акажа негатыўны ўплыў на квантавыя распрацоўкі. Блэйк Джонсан (Blake Johnson), віцэ-прэзідэнт кампаніі-вытворцы квантавых кампутараў Rigetti Computing у інтэрв'ю MIT Tech Review , Што холадагент неверагодна цяжка дастаць. Праблемы пагаршае яго высокі кошт - на запаўненне адной халадзільнай устаноўкі сыходзіць 40 тыс. даляраў.
Але прадстаўнікі D-Wave, іншага квантавага стартапа, нязгодныя з меркаваннем Блэйка. Па віцэ-прэзідэнта арганізацыі, на вытворчасць аднаго квантавага кампутара сыходзіць толькі невялікая колькасць гелія-3, якое можна назваць малаважным у параўнанні з агульным даступным аб'ёмам рэчыва. Таму дэфіцыт холадагенту будзе незаўважны для квантавай прамысловасці.
Плюс сёння прапрацоўваюцца іншыя метады здабычы гелія-3, не злучаныя з трыціям. Адзін з іх - здабыча ізатопа з прыроднага газу. Перш ён падвяргаецца глыбокай кандэнсацыі пры паніжаных тэмпературах, а затым праходзіць праз працэсы сепарацыі і рэктыфікацыі (аддзяленні газавых прымешак). Раней гэты падыход лічыўся эканамічна немэтазгодным, але з развіццём тэхналогій сітуацыя змянілася. Летась аб сваіх планах пачаць здабычу гелія-3 .
Шэраг краін будуе планы па здабычы гелія-3 на Месяцы. У яе павярхоўным пласце змяшчаецца да (таб. 2) гэтага рэчыва. Паводле ацэнак вучоных, рэсурсу хопіць на пяць тысячагоддзяў. У НАСА ўжо пачалі ствараць , якія перапрацоўваюць у гелій-3. Распрацоўкай адпаведнай зямной і месячнай інфраструктуры займаюцца и . Але рэалізаваць яе на практыцы атрымаецца не раней за 2030 год.
Яшчэ адзін спосаб прадухіліць дэфіцыт гелія-3 - знайсці для яго замену пры вытворчасці нейтронных сканараў. Дарэчы, яе у 2018 годзе - ёй сталі крышталі сульфіду цынку і фтарыду літыя-6. Яны дазваляюць рэгістраваць радыеактыўныя матэрыялы з дакладнасцю, якая перавышае 90 працэнтаў.
/ фота CC BY-ND
Іншыя «квантавыя» праблемы
Апроч дэфіцыту гелія, ёсць і іншыя цяжкасці, якія перашкаджаюць развіццю квантавых кампутараў. Першая - недахоп апаратных кампанентаў. У свеце пакуль мала буйных прадпрыемстваў, якія займаюцца распрацоўкай "начыння" для квантавых машын. Часам кампаніям даводзіцца чакаць, пакуль вырабяць сістэму астуджэння, .
Шэраг краін спрабуе вырашыць праблему за рахунак дзяржаўных праграм. Такія ініцыятывы ўжо запушчаны ў ЗША і Еўропе. Напрыклад, зусім нядаўна ў Нідэрландах пры падтрымцы Міністэрства эканомікі зарабіла кампанія Delft Circuits. Яна займаецца вытворчасцю кампанентаў для квантавых вылічальных сістэм.
Яшчэ адна цяжкасць - недахоп спецыялістаў. Попыт на іх расце, аднак знайсці іх не так проста. Па NYT, вопытных "квантавых інжынераў" у свеце не больш за тысячу. Праблему вырашаюць вядучыя тэхнічныя ўніверсітэты. Напрыклад, у MIT ужо першыя праграмы для навучання спецыялістаў па рабоце з квантавымі машынамі. Распрацоўкай адпаведных акадэмічных праграм і ў амерыканскай National Quantum Initiative.
У цэлым ІТ-эксперты перакананыя, што праблемы, якія стаяць перад стваральнікамі квантавых кампутараў, цалкам пераадольныя. І ў будучыні можна чакаць новых тэхналагічных прарываў у гэтай галіне.
Пра што мы пішам у першым блогу аб карпаратыўным IaaS:
Крыніца: habr.com