Vi taler om forudsætningerne og giver ekspertudtalelser.
/ Foto CC BY-ND
Hvorfor er der brug for helium i kvantecomputere?
Før vi går videre til historien om heliummangelsituationen, lad os tale om, hvorfor kvantecomputere har brug for helium i første omgang.
Kvantemaskiner opererer på qubits. De kan, i modsætning til klassiske bits, være i tilstande 0 og 1 på samme tid - i en superposition. I et computersystem opstår fænomenet kvanteparallelisme, når operationer udføres samtidigt med nul og en. Denne funktion gør det muligt for qubit-baserede maskiner at løse nogle problemer hurtigere end klassiske computere, såsom simulering af molekylære og kemiske reaktioner.
Men der er et problem: qubits er skrøbelige objekter, og de kan kun opretholde superposition i nogle få nanosekunder. Den forstyrres af selv en lille temperaturudsving; den såkaldte . For at undgå qubit-ødelæggelse, kvantecomputere ved lave temperaturer - 10 mK (-273,14°C). For at opnå temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt bruger virksomheder flydende helium, eller mere præcist, en isotop , som ikke hærder under så ekstreme forhold.
Hvad er problemet
I den nærmeste fremtid kan IT-industrien stå over for en mangel på helium-3 til udvikling af kvantecomputere. På Jorden findes dette stof praktisk talt aldrig i sin naturlige form - dets volumen er i planetens atmosfære (1,37 ppm i forhold til helium-4). Helium-3 er et nedbrydningsprodukt af tritium, hvis produktion (den sidste tungtvands-atomreaktor blev lukket i USA). Bagefter begyndte man at udvinde tritium fra komponenter af nedlagte atomvåben, men Ifølge US Congressional Research Service øgede dette initiativ ikke lagrene af det strategiske stof væsentligt. Rusland og USA har nogle reserver, men .
Situationen forværres af, at en ret betydelig del af helium-3 bruges på produktion af neutronscannere, der bruges ved grænsekontrolposter til at søge efter radioaktive materialer. Neutronscanneren har været et obligatorisk værktøj på alle amerikanske toldkontorer siden 2000. På grund af en række af disse faktorer er forsyningen af helium-3 i USA allerede kontrolleret af offentlige myndigheder, der udsteder kvoter til offentlige og private organisationer, og it-eksperter bekymrer sig om, at der snart ikke vil være nok helium-3 til alle.
Hvor slemt er det
Det menes, at mangel på helium-3 vil have en negativ indvirkning på kvanteudviklingen. Blake Johnson, vicepræsident for kvantecomputerproducenten Rigetti Computing, i et interview med MIT Tech Review at kølemiddel er utrolig svært at få fat i. Problemerne forværres af de høje omkostninger - det koster $40 at fylde en køleenhed.
Men repræsentanter fra D-Wave, en anden kvantestartup, er uenige i Blakes mening. Ved Vicepræsident for organisationen, produktionen af en kvantecomputer kræver kun en lille mængde helium-3, som kan kaldes ubetydelig sammenlignet med det samlede tilgængelige volumen af stoffet. Derfor vil manglen på kølemiddel være usynlig for kvanteindustrien.
Plus, andre metoder til at udvinde helium-3, der ikke involverer tritium, udvikles i dag. En af dem er udvindingen af isotopen fra naturgas. Først gennemgår den dyb kondensation ved lave temperaturer og gennemgår derefter processerne med adskillelse og rektifikation (separation af gasurenheder). Tidligere blev denne tilgang anset for at være økonomisk umulig, men med udviklingen af teknologien har situationen ændret sig. Sidste år om hans planer om at begynde at producere helium-3 .
En række lande lægger planer om at mine helium-3 på Månen. Dens overfladelag indeholder op til (Tabel 2) af dette stof. Forskere vurderer, at ressourcen vil vare i fem tusind år. NASA er allerede begyndt at skabe der genbruger til helium-3. Udviklingen af den tilsvarende jord- og måneinfrastruktur udføres и . Men det vil først være muligt at implementere det i praksis i 2030.
En anden måde at forhindre mangel på helium-3 på er at finde en erstatning for det i produktionen af neutronscannere. Forresten hende i 2018 - det blev til krystaller af zinksulfid og lithium-6-fluorid. De gør det muligt at registrere radioaktive materialer med en nøjagtighed på over 90 %.
/ Foto CC BY-ND
Andre "kvante" problemer
Udover heliummanglen er der andre vanskeligheder, der hæmmer udviklingen af kvantecomputere. Den første er manglen på hardwarekomponenter. Der er stadig få store virksomheder i verden, der udvikler "fyldning" til kvantemaskiner. Nogle gange må virksomheder vente, indtil kølesystemet er fremstillet, .
En række lande forsøger at løse problemet gennem regeringsprogrammer. Sådanne initiativer er allerede blevet lanceret i USA og Europa. For eksempel startede Delft Circuits for nylig i Holland med støtte fra økonomiministeriet. Det producerer komponenter til kvantecomputersystemer.
En anden vanskelighed er manglen på specialister. Efterspørgslen efter dem vokser, men det er ikke så let at finde dem. Ved NYT, der er ikke mere end tusinde erfarne "kvanteingeniører" i verden. Førende tekniske universiteter løser problemet. For eksempel allerede på MIT de første programmer til uddannelse af specialister i at arbejde med kvantemaskiner. Udvikling af relevante akademiske uddannelser og i American National Quantum Initiative.
Generelt er it-eksperter overbevist om, at de problemer, som skaberne af kvantecomputere står over for, er fuldstændig overkommelige. Og i fremtiden kan vi forvente nye teknologiske gennembrud på dette område.
Hvad vi skriver om i den første blog om enterprise IaaS:
Kilde: www.habr.com