Vi fortæller om forudsætningerne og præsenterer ekspertudtalelser.
/ фото CC BY-ND
Hvorfor er helium nødvendigt i kvantecomputere
Inden vi går videre til fortællingen om situationen med heliumknaphed, lad os tale om, hvorfor kvantecomputere overhovedet har brug for helium.
Kvantemaskiner arbejder med qubits. I modsætning til klassiske bits kan de befinde sig i tilstandene 0 og 1 samtidig — i superposition. I det beregningsmæssige system opstår fænomenet kvanteparallellisme, hvor operationer udføres samtidigt med nul og en. Denne egenskab gør det muligt for maskiner baseret på qubits at løse visse opgaver hurtigere end klassiske computere — for eksempel at modellere molekylære og kemiske reaktioner.
Men der er et problem: qubits er skrøbelige objekter, og de kan kun opretholde superposition i et par nanosekunder. Selv en lille temperaturændring kan forstyrre det, hvilket fører til såkaldt . For at undgå at qubits går i stykker, under lave temperaturer — 10 mK (–273,14°C). For at opnå temperaturer, der er tæt på det absolutte nulpunkt, bruger virksomheder flydende helium, mere præcist isotopen , som ikke størkner under sådanne ekstreme forhold.
Hvad er problemet
I den nærmeste fremtid kan IT-industrien stå over for knapphed på helium-3 til udvikling af kvantecomputere. På jorden findes dette stof næsten ikke i naturlig form — dets volumen i planetens atmosfære (1,37 dele pr. million i forhold til helium-4). Helium-3 er et nedbrydningsprodukt af tritium, hvis produktion (i USA blev den sidste tungtvandsreaktor lukket). Efter tritium begyndte man at udvinde det fra komponenter af afskaffet atomvåben, men ifølge den amerikanske Kongressforskningsservice har denne initiativ ikke gjort det muligt at øge lagerbeholdningen af denne strategiske ressource mærkbart. Rusland og USA har nogle reserver af det, men .
Situationen forværres af det faktum, at en betydelig del af helium-3 går til produktion af neutron-scannere, der anvendes ved grænseposter til at finde radioaktive materialer. Neutron-scanneren har været et obligatorisk værktøj ved alle amerikanske toldsted siden 2000. På grund af en række faktorer er forsyningerne af helium-3 i USA allerede under kontrol af regeringsorganer, der tildeler kvoter til offentlige og private organisationer, og IT-eksperter er bekymrede for, at der snart vil blive mangel på helium-3 for alle, der ønsker det.
Hvor alvorligt er problemet?
Der er en opfattelse af, at manglen på helium-3 vil have negative konsekvenser for kvanteudviklingen. Blake Johnson, vicepræsident for kvantecomputerproducenten Rigetti Computing, sagde i et interview med MIT Tech Review , at kølemidlet er utroligt svært at skaffe. Problemerne forværres af dets høje omkostninger – det koster 40.000 dollars at fylde en køleanlæg.
Men repræsentanter fra D-Wave, en anden kvante-startup, er uenige med Blakes synspunkt. Ifølge vicepræsidenten for organisationen kræver produktionen af en kvantecomputer kun en lille mængde helium-3, som kan betragtes som ubetydelig i forhold til den samlede tilgængelige mængde stof. Derfor vil manglen på kølemidlet ikke mærkes af kvanteindustrien.
Derudover undersøgelse der i dag andre metoder til at udvinde helium-3, der ikke er relateret til tritium. En af dem er udvinding af isotopen fra naturgas. Først gennemgår det dyb kondensering ved lave temperaturer, hvorefter det gennemgår separations- og rektifikationsprocesser (adskillelse af gasblandinger). Tidligere blev denne tilgang betragtet som økonomisk uholdbar, men med udviklingen af teknologien er situationen ændret. Sidste år meddelte .
Flere lande planlægger at udvinde helium-3 på Månen. I dens overfladelag findes der op til (tabel 2) af dette stof. Ifølge forskernes vurdering vil ressourcen række i fem tusinde år. NASA er allerede begyndt at udvikle , der omdanner til helium-3. Udviklingen af den relevante jord- og måneinfrastruktur er i gang af og . Men det vil ikke være muligt at realisere det før 2030.
En anden måde at forhindre mangel på helium-3 på er at finde en erstatning til produktionen af neutron-scannere. For resten, den i 2018 — det blev til krystaller af zinksulfid og lithium-6 flourid. De gør det muligt at registrere radioaktive materialer med en nøjagtighed, der overstiger 90%.
/ фото CC BY-ND
Andre "kvante" problemer
Udover manglen på helium er der også andre vanskeligheder, der hindrer udviklingen af kvantecomputere. Den første — mangel på hardwarekomponenter. Der er stadig få store virksomheder i verden, der arbejder med udviklingen af "indsatsen" til kvantemaskiner. Nogle gange må virksomheder vente længst på, at der fremstilles et kølesystem, .
En række lande forsøger at løse problemet gennem statslige programmer. Sådanne initiativer er allerede startet i USA og Europa. For eksempel, for nylig blev selskabet Delft Circuits i Nederlandene, støttet af Ministeriet for Økonomi, oprettet. Det arbejder med produktion af komponenter til kvanteberegningssystemer.
Endnu en udfordring — mangel på specialister. Efterspørgslen efter dem stiger, men det er ikke så let at finde dem. Ifølge NYT, er der ikke mere end tusind erfarne "kvanteingeniører" i verden. Problemet tackles af førende tekniske universiteter. For eksempel, på MIT bliver der allerede de første programmer til uddannelse af specialister i arbejdet med kvante-maskiner. Udviklingen af de tilsvarende akademiske programmer findes også i den amerikanske National Quantum Initiative.
Generelt er IT-eksperter overbeviste om, at de problemer, der står overfor skaberne af kvantecomputere, er helt overkommelige. Og i fremtiden kan vi forvente nye teknologiske gennembrud inden for dette område.
Hvad vi skriver i den første blog om Corporate IaaS:
Kilde: habr.com
