Parlem dels requisits previs i proporcionem opinions d'experts.
/ foto CC BY-ND
Per què es necessita heli en ordinadors quàntics?
Abans de passar a la història de l'escassetat d'heli, parlem de per què els ordinadors quàntics necessiten heli en primer lloc.
Les màquines quàntiques funcionen amb qubits. A diferència dels bits clàssics, poden estar en els estats 0 i 1 alhora, en una superposició. En un sistema informàtic, el fenomen del paral·lelisme quàntic es produeix quan es realitzen operacions simultàniament amb zero i un. Aquesta característica permet que les màquines basades en qubits resolguin alguns problemes més ràpidament que els ordinadors clàssics, com ara simular reaccions moleculars i químiques.
Però hi ha un problema: els qubits són objectes fràgils i només poden mantenir la superposició durant uns quants nanosegons. Es veu alterat fins i tot per una lleugera fluctuació de temperatura; . Per evitar la destrucció de qubits, ordinadors quàntics a baixes temperatures - 10 mK (-273,14 °C). Per aconseguir temperatures properes al zero absolut, les empreses utilitzen heli líquid, o més precisament, un isòtop , que no s'endureix en condicions tan extremes.
Quin és el problema
En un futur proper, la indústria informàtica podria enfrontar-se a una escassetat d'heli-3 per al desenvolupament d'ordinadors quàntics. A la Terra, aquesta substància pràcticament mai no es troba en la seva forma natural: el seu volum es troba a l'atmosfera del planeta (1,37 ppm en relació amb l'heli-4). L'heli-3 és un producte de desintegració del triti, la producció del qual (l'últim reactor nuclear d'aigua pesada va ser tancat als EUA). Després, es va començar a extreure triti de components d'armes nuclears fora de servei, però Segons el Servei d'Investigació del Congrés dels Estats Units, aquesta iniciativa no va augmentar significativament les reserves de la substància estratègica. Rússia i els EUA tenen algunes reserves, però .
La situació s'agreuja pel fet que una part força important de l'heli-3 es gasta en la producció d'escàners de neutrons utilitzats als punts de control fronterers per buscar materials radioactius. L'escàner de neutrons ha estat una eina obligatòria a totes les oficines de duanes dels EUA des de l'any 2000. A causa d'una sèrie d'aquests factors, el subministrament d'heli-3 als Estats Units ja està controlat per agències governamentals que emeten quotes a organitzacions públiques i privades, i els experts informàtics es preocupen que aviat no hi haurà prou heli-3 per a tothom.
Què tan dolent és?
Es creu que l'escassetat d'heli-3 tindrà un impacte negatiu en els desenvolupaments quàntics. Blake Johnson, vicepresident del fabricant d'ordinadors quàntics Rigetti Computing, en una entrevista amb MIT Tech Review aquest refrigerant és increïblement difícil d'obtenir. Els problemes s'agreugen pel seu alt cost: costa 40 dòlars omplir una unitat de refrigeració.
Però els representants de D-Wave, una altra startup quàntica, no estan d'acord amb l'opinió de Blake. Per Vicepresident de l'organització, la producció d'un ordinador quàntic només requereix una petita quantitat d'heli-3, que es pot anomenar insignificant en comparació amb el volum total disponible de la substància. Per tant, l'escassetat de refrigerant serà invisible per a la indústria quàntica.
A més, actualment s'estan desenvolupant altres mètodes per extreure heli-3 que no impliquen triti. Un d'ells és l'extracció de l'isòtop del gas natural. En primer lloc, se sotmet a una condensació profunda a baixes temperatures, i després passa pels processos de separació i rectificació (separació d'impureses de gas). Anteriorment, aquest enfocament es considerava inviable econòmicament, però amb el desenvolupament de la tecnologia, la situació ha canviat. L'any passat sobre els seus plans per començar a produir heli-3 .
Diversos països estan fent plans per extreure heli-3 a la Lluna. La seva capa superficial conté fins a (Taula 2) d'aquesta substància. Els científics estimen que el recurs durarà cinc mil anys. La NASA ja ha començat a crear que recicla a heli-3. S'està duent a terme el desenvolupament de la corresponent infraestructura terrestre i lunar и . Però no serà possible implementar-lo a la pràctica fins al 2030.
Una altra manera d'evitar l'escassetat d'heli-3 és trobar-ne un substitut en la producció d'escàners de neutrons. Per cert, ella el 2018: es va convertir en cristalls de sulfur de zinc i fluorur de liti-6. Permeten registrar materials radioactius amb una precisió superior al 90%.
/ foto CC BY-ND
Altres problemes "quàntics".
A més de l'escassetat d'heli, hi ha altres dificultats que dificulten el desenvolupament dels ordinadors quàntics. El primer és la manca de components de maquinari. Encara hi ha poques grans empreses al món que desenvolupin el "ompliment" per a màquines quàntiques. De vegades les empreses han d'esperar fins que es fabriqui el sistema de refrigeració, .
Diversos països estan intentant resoldre el problema mitjançant programes governamentals. Aquestes iniciatives ja s'han posat en marxa als EUA i Europa. Per exemple, recentment als Països Baixos, amb el suport del Ministeri d'Economia, Delft Circuits va començar a funcionar. Produeix components per a sistemes de computació quàntica.
Una altra dificultat és la manca d'especialistes. La demanda d'ells està creixent, però trobar-los no és tan fàcil. Per NYT, no hi ha més de mil "enginyers quàntics" experimentats al món. Les principals universitats tècniques estan resolent el problema. Per exemple, al MIT ja els primers programes de formació d'especialistes en el treball amb màquines quàntiques. Desenvolupament de programes acadèmics rellevants i a l'American National Quantum Initiative.
En general, els experts informàtics estan convençuts que els problemes als quals s'enfronten els creadors d'ordinadors quàntics són completament superables. I en el futur podem esperar nous avenços tecnològics en aquest àmbit.
Què escrivim al primer bloc sobre IaaS empresarial:
Font: www.habr.com