Razgovaramo o preduvjetima i dajemo stručna mišljenja.
/ photo CC BY ND
Zašto je helijum potreban kvantnim računarima?
Prije nego što pređemo na priču o situaciji nestašice helijuma, hajde da razgovaramo o tome zašto je kvantnim kompjuterima uopće potreban helijum.
Kvantne mašine rade na kubitima. Oni, za razliku od klasičnih bitova, mogu biti u stanjima 0 i 1 u isto vrijeme - u superpoziciji. U računarskom sistemu, fenomen kvantnog paralelizma se javlja kada se operacije izvode istovremeno sa nulom i jedinicom. Ova karakteristika omogućava mašinama zasnovanim na kubitu da brže rešavaju neke probleme od klasičnih računara, kao što je simulacija molekularnih i hemijskih reakcija.
Ali postoji problem: kubiti su krhki objekti i mogu zadržati superpoziciju samo nekoliko nanosekundi. Narušava ga čak i neznatna temperaturna kolebanja, tzv . Da bi se izbjeglo uništavanje kubita, kvantni kompjuteri na niskim temperaturama - 10 mK (-273,14°C). Za postizanje temperatura blizu apsolutne nule, kompanije koriste tečni helijum, tačnije, izotop , koji se ne stvrdnjava u takvim ekstremnim uslovima.
Šta je problem
U bliskoj budućnosti, IT industrija bi se mogla suočiti s nedostatkom helijuma-3 za razvoj kvantnih računara. Na Zemlji se ova tvar praktički nikada ne nalazi u svom prirodnom obliku - njen volumen je u atmosferi planete (1,37 ppm u odnosu na helijum-4). Helij-3 je produkt raspada tritijuma, čija proizvodnja (posljednji nuklearni reaktor teške vode zatvoren je u SAD). Nakon toga, tricij je počeo da se vadi iz komponenti razbijenog nuklearnog oružja, ali Prema Istraživačkoj službi američkog Kongresa, ova inicijativa nije značajno povećala zalihe strateške supstance. Rusija i SAD imaju neke rezerve, ali .
Situaciju otežava činjenica da se prilično značajan dio helijuma-3 troši na proizvodnju neutronskih skenera koji se koriste na graničnim prelazima za traženje radioaktivnih materijala. Neutronski skener je obavezan alat u svim američkim carinarnicama od 2000. godine. Zbog niza ovih faktora, nabavku helijuma-3 u Sjedinjenim Državama već kontroliraju vladine agencije koje izdaju kvote javnim i privatnim organizacijama, a IT stručnjaci brinu da uskoro neće biti dovoljno helijuma-3 za sve.
Kako je loše
Vjeruje se da će nedostatak helijuma-3 imati negativan utjecaj na kvantni razvoj. Blake Johnson, potpredsjednik proizvođača kvantnih računara Rigetti Computing, u intervjuu za MIT Tech Review to rashladno sredstvo je neverovatno teško nabaviti. Problemi su otežani zbog njegove visoke cijene - košta 40 dolara za punjenje jedne rashladne jedinice.
Ali predstavnici D-Wavea, još jednog kvantnog startupa, ne slažu se s Blakeovim mišljenjem. By Potpredsjednik organizacije, za proizvodnju jednog kvantnog kompjutera potrebna je samo mala količina helijuma-3, što se može nazvati beznačajnim u odnosu na ukupnu raspoloživu količinu supstance. Stoga će nedostatak rashladnog sredstva biti nevidljiv za kvantnu industriju.
Osim toga, danas se razvijaju i druge metode za ekstrakciju helijuma-3 koje ne uključuju tricijum. Jedna od njih je ekstrakcija izotopa iz prirodnog plina. Prvo se podvrgava dubokoj kondenzaciji na niskim temperaturama, a zatim prolazi kroz procese separacije i rektifikacije (odvajanje plinskih nečistoća). Ranije se ovaj pristup smatrao ekonomski neizvodljivim, ali s razvojem tehnologije situacija se promijenila. Prošle godine o svojim planovima za početak proizvodnje helijuma-3 .
Brojne zemlje prave planove za iskopavanje helijuma-3 na Mjesecu. Njegov površinski sloj sadrži do (Tabela 2) ove supstance. Naučnici procjenjuju da će resurs trajati pet hiljada godina. NASA je već počela da stvara koji recikliraju na helijum-3. Izvodi se razvoj odgovarajuće zemaljske i lunarne infrastrukture и . Ali to neće biti moguće implementirati u praksi do 2030. godine.
Drugi način da se spriječi nedostatak helijuma-3 je pronalaženje zamjene za njega u proizvodnji neutronskih skenera. Uzgred, ona 2018. godine - postali su kristali cink sulfida i litijum-6 fluorida. Oni omogućavaju registraciju radioaktivnih materijala sa tačnošću većom od 90%.
/ photo CC BY ND
Ostali "kvantni" problemi
Osim nedostatka helijuma, postoje i druge poteškoće koje koče razvoj kvantnih računara. Prvi je nedostatak hardverskih komponenti. U svijetu još uvijek postoji nekoliko velikih poduzeća koja razvijaju “punjenje” za kvantne mašine. Ponekad kompanije moraju čekati dok se sistem za hlađenje ne proizvede, .
Brojne zemlje pokušavaju riješiti problem kroz vladine programe. Takve inicijative su već pokrenute u SAD-u i Evropi. Na primjer, tek nedavno u Holandiji, uz podršku Ministarstva ekonomije, počela je sa radom Delft Circuits. Proizvodi komponente za kvantne računarske sisteme.
Druga poteškoća je nedostatak specijalista. Potražnja za njima raste, ali nije tako lako pronaći ih. By NYT, u svijetu nema više od hiljadu iskusnih „kvantnih inženjera“. Vodeći tehnički univerziteti rješavaju problem. Na primjer, već na MIT-u prvi programi za obuku stručnjaka za rad sa kvantnim mašinama. Razvoj relevantnih akademskih programa i u Američkoj nacionalnoj kvantnoj inicijativi.
Općenito, IT stručnjaci su uvjereni da su problemi sa kojima se susreću kreatori kvantnih računara u potpunosti premostivi. I u budućnosti možemo očekivati nova tehnološka otkrića u ovoj oblasti.
O čemu pišemo u prvom blogu o IaaS-u preduzeća:
izvor: www.habr.com