Hovoříme o předpokladech a poskytujeme odborné posudky.
/ foto CC BY-ND
Proč je helium potřeba v kvantových počítačích?
Než přejdeme k příběhu o situaci nedostatku helia, promluvme si o tom, proč kvantové počítače potřebují helium.
Kvantové stroje fungují na qubitech. Na rozdíl od klasických bitů mohou být ve stavech 0 a 1 současně - v superpozici. Ve výpočetním systému nastává fenomén kvantového paralelismu, když jsou operace prováděny současně s nulou a jedničkou. Tato funkce umožňuje strojům na bázi qubit řešit některé problémy rychleji než klasické počítače, jako je simulace molekulárních a chemických reakcí.
Ale je tu problém: qubity jsou křehké objekty a mohou si udržet superpozici jen několik nanosekund. Narušuje ji i nepatrné kolísání teplot, tzv . Aby se zabránilo zničení qubitů, kvantové počítače při nízkých teplotách - 10 mK (-273,14°C). K dosažení teplot blízkých absolutní nule používají společnosti kapalné helium, přesněji izotop , který za takto extrémních podmínek netvrdne.
Jaký je problém?
V blízké budoucnosti může IT průmysl čelit nedostatku helia-3 pro vývoj kvantových počítačů. Na Zemi se tato látka prakticky nikdy nenachází ve své přirozené formě - její objem je v atmosféře planety (1,37 ppm vzhledem k heliu-4). Helium-3 je produktem rozpadu tritia, jehož produkce (poslední těžkovodní jaderný reaktor byl uzavřen v USA). Poté se tritium začalo extrahovat ze součástí vyřazených jaderných zbraní, ale Podle americké Kongresové výzkumné služby tato iniciativa výrazně nezvýšila zásoby strategické látky. Rusko a USA mají nějaké rezervy, ale .
Situaci zhoršuje skutečnost, že poměrně značná část helia-3 se vynakládá na výrobu neutronových skenerů používaných na hraničních přechodech k vyhledávání radioaktivních materiálů. Neutronový skener je od roku 2000 povinným nástrojem všech celních úřadů USA. Kvůli řadě těchto faktorů jsou dodávky helia-3 ve Spojených státech již kontrolovány vládními agenturami, které udělují kvóty veřejným a soukromým organizacím, a IT experti se obávají, že brzy nebude dostatek helia-3 pro všechny.
Jak je to špatné
Předpokládá se, že nedostatek helia-3 bude mít negativní dopad na kvantový vývoj. Blake Johnson, viceprezident výrobce kvantových počítačů Rigetti Computing, v rozhovoru pro MIT Tech Review toto chladivo je neuvěřitelně obtížné získat. Problémy zhoršuje jeho vysoká cena – naplnění jedné chladicí jednotky stojí 40 XNUMX USD.
Zástupci z D-Wave, dalšího kvantového startupu, ale s Blakeovým názorem nesouhlasí. Podle Viceprezident organizace, výroba jednoho kvantového počítače vyžaduje pouze malé množství helia-3, které lze nazvat nevýznamné ve srovnání s celkovým dostupným objemem látky. Proto bude nedostatek chladiva pro kvantový průmysl neviditelný.
Navíc se dnes vyvíjejí další metody pro extrakci helia-3, které nezahrnují tritium. Jedním z nich je těžba izotopu ze zemního plynu. Nejprve prochází hlubokou kondenzací při nízkých teplotách a poté prochází procesy separace a rektifikace (odlučování plynových nečistot). Dříve byl tento přístup považován za ekonomicky neproveditelný, ale s rozvojem technologií se situace změnila. Minulý rok o svých plánech začít vyrábět helium-3 .
Řada zemí plánuje těžit helium-3 na Měsíci. Jeho povrchová vrstva obsahuje až (Tabulka 2) této látky. Vědci odhadují, že zdroj vydrží pět tisíc let. NASA již začala vytvářet že recyklovat na helium-3. Probíhá vývoj odpovídající pozemní a lunární infrastruktury и . V praxi to ale bude možné zavést až v roce 2030.
Další možností, jak zabránit nedostatku helia-3, je najít za něj náhradu při výrobě neutronových skenerů. Mimochodem, ona v roce 2018 se staly krystaly sulfidu zinečnatého a fluoridu lithného. Umožňují registrovat radioaktivní materiály s přesností přesahující 6 %.
/ foto CC BY-ND
Další "kvantové" problémy
Kromě nedostatku helia existují další potíže, které brzdí vývoj kvantových počítačů. Prvním je nedostatek hardwarových komponent. Na světě je stále jen málo velkých podniků vyvíjejících „náplň“ pro kvantové stroje. Někdy musí společnosti počkat, až se chladicí systém vyrobí, .
Řada zemí se snaží problém řešit prostřednictvím vládních programů. Takové iniciativy již byly zahájeny v USA a Evropě. Například nedávno v Nizozemsku začaly s podporou ministerstva hospodářství fungovat Delft Circuits. Vyrábí komponenty pro kvantové výpočetní systémy.
Dalším problémem je nedostatek specialistů. Poptávka po nich roste, ale najít je není tak snadné. Podle NYT, na světě není více než tisíc zkušených „kvantových inženýrů“. Problém řeší přední technické univerzity. Například už na MIT první programy pro školení specialistů v práci s kvantovými stroji. Rozvoj příslušných akademických programů a v American National Quantum Initiative.
Obecně jsou IT experti přesvědčeni, že problémy, kterým čelí tvůrci kvantových počítačů, jsou zcela překonatelné. A v budoucnu můžeme v této oblasti očekávat nové technologické průlomy.
O čem píšeme v prvním blogu o enterprise IaaS:
Zdroj: www.habr.com