{"id":33972,"date":"2019-10-31T21:55:41","date_gmt":"2019-10-31T18:55:41","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/nehvatka-geliya-mozhet-zamedlit-razvitie-kvantovyh-kompyuterov-obsuzhdaem-situatsiyu\/"},"modified":"2019-10-31T21:55:41","modified_gmt":"2019-10-31T18:55:41","slug":"nehvatka-geliya-mozhet-zamedlit-razvitie-kvantovyh-kompyuterov-obsuzhdaem-situatsiyu","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/nehvatka-geliya-mozhet-zamedlit-razvitie-kvantovyh-kompyuterov-obsuzhdaem-situatsiyu","title":{"rendered":"Ein Mangel an Helium k\u00f6nnte die Entwicklung von Quantencomputern verlangsamen \u2013 Lagebesprechung.","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"
Wir erl\u00e4utern die Grundlagen und bringen Expertenmeinungen ein.<\/h5>\n

\n\"Ein<\/a><\/noindex>
\n\/ \u0444\u043e\u0442\u043e IBM Forschung<\/a><\/noindex> CC BY-ND<\/i><\/p>\n

Warum Helium in Quantencomputern ben\u00f6tigt wird<\/h2>\n

\nBevor wir zur Situation der Heliumknappheit kommen, sprechen wir dar\u00fcber, wof\u00fcr Quantencomputer Helium \u00fcberhaupt brauchen.<\/p>\n

Quantenmaschinen arbeiten mit Qubits. Im Gegensatz zu klassischen Bits k\u00f6nnen sie sich gleichzeitig in den Zust\u00e4nden 0 und 1 befinden \u2013 in Superposition. In diesem Rechensystem tritt das Ph\u00e4nomen der quantenmechanischen Parallelit\u00e4t auf, bei dem Operationen gleichzeitig mit Null und Eins durchgef\u00fchrt werden. Diese Eigenschaft erm\u00f6glicht es Maschinen auf Basis von Qubits, bestimmte Aufgaben schneller zu l\u00f6sen als klassische Computer \u2013 beispielsweise die Modellierung molekularer und chemischer Reaktionen.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Aber hier gibt es ein Problem: Qubits sind zerbrechliche Objekte und k\u00f6nnen ihre Superposition nur f\u00fcr einige Nanosekunden aufrechterhalten. Selbst kleine Temperaturschwankungen st\u00f6ren diese, es kommt zur sogenannten\u00a0Dekoh\u00e4renz<\/a><\/noindex>. Um die Zerst\u00f6rung von Qubits zu vermeiden, muss der Quantencomputer arbeiten.<\/a><\/noindex> unter niedrigen Temperaturen \u2013 10 mK (\u2013273,14 \u00b0C). Um Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt zu erreichen, verwenden Unternehmen fl\u00fcssiges Helium, genauer gesagt, das Isotop Helium-3<\/a><\/noindex>, das unter diesen extremen Bedingungen nicht erstarrt.<\/p>\n

Was ist das Problem?<\/h2>\n

\nIn naher Zukunft k\u00f6nnte die IT-Branche mit einem Mangel an Helium-3 f\u00fcr die Entwicklung von Quantencomputern konfrontiert werden. Auf der Erde kommt diese Substanz praktisch nicht in nat\u00fcrlicher Form vor \u2013 ihr Anteil in der Atmosph\u00e4re des Planeten betr\u00e4gt nur 0,000137%<\/a><\/noindex> (1,37 Teile pro Million im Vergleich zu Helium-4). Helium-3 ist ein Zerfallsprodukt von Tritium, dessen Produktion 1988 eingestellt wurde<\/noindex> (in den USA wurde der letzte schwerwasserreaktor stillgelegt). Tritium wird seitdem aus Komponenten ehemaliger Atomwaffen gewonnen, aber laut Daten<\/a><\/noindex> dem Forschungsdienst des US-Kongresses hat diese Initiative die Vorr\u00e4te an diesem strategischen Stoff nicht signifikant erh\u00f6ht. Russland und die USA verf\u00fcgen \u00fcber einige Reserven, aber diese neigen sich dem Ende zu.<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Die Situation wird zus\u00e4tzlich kompliziert durch die Tatsache, dass ein erheblicher Teil von Helium-3 zur Herstellung von Neutronenscannern verwendet wird, die an Grenz\u00fcberg\u00e4ngen zur Suche nach radioaktiven Materialien eingesetzt werden. Der Neutronenscanner ist seit 2000 ein unverzichtbares Werkzeug an allen amerikanischen Zollstellen. Aufgrund mehrerer Faktoren werden die Lieferungen von Helium-3 in den USA bereits von Regierungsbeh\u00f6rden kontrolliert, die Quoten an staatliche und private Organisationen vergeben, und IT-Experten bef\u00fcrchten, dass es bald f\u00fcr alle, die Helium-3 ben\u00f6tigen, eng wird.<\/p>\n

Wie schlecht steht es wirklich?<\/h2>\n

\nEs gibt die Meinung, dass der Mangel an Helium-3 negative Auswirkungen auf die Quantenentwicklungen haben wird. Blake Johnson, der Vizepr\u00e4sident des Quantum-Computing-Herstellers Rigetti Computing, \u00e4u\u00dferte sich in einem Interview mit der MIT Tech Review, berichtete<\/a><\/noindex>, dass das K\u00e4ltemittel unglaublich schwer zu beschaffen ist. Die Probleme werden durch die hohen Kosten versch\u00e4rft \u2013 f\u00fcr die Bef\u00fcllung einer K\u00fchleinheit werden 40.000 Dollar ben\u00f6tigt.<\/p>\n

Aber die Vertreter von D-Wave, einem anderen Quanten-Startup, sind mit Blake nicht einverstanden. Laut den<\/a><\/noindex> Der Vizepr\u00e4sident der Organisation erkl\u00e4rte, dass f\u00fcr die Herstellung eines Quantencomputers nur eine geringe Menge Helium-3 ben\u00f6tigt wird, die im Vergleich zu der insgesamt verf\u00fcgbaren Menge als unbedeutend betrachtet werden kann. Daher wird der Mangel an K\u00e4ltemittel in der Quantenindustrie nicht sp\u00fcrbar sein.<\/p>\n

Dar\u00fcber hinaus werden heute alternative Methoden zur Gewinnung von Helium-3 entwickelt, die nicht mit Tritium verbunden sind. Eine dieser Methoden ist die Gewinnung des Isotops aus Erdgas. Zuerst wird das Gas bei niedrigen Temperaturen stark kondensiert, bevor es durch Trennungsverfahren und Rektifikation (Trennung von Gasverunreinigungen) geleitet wird. Fr\u00fcher galt dieser Ansatz als wirtschaftlich untragbar, doch mit den fortschreitenden Technologien hat sich die Situation ge\u00e4ndert. Im vergangenen Jahr k\u00fcndigten die Verantwortlichen an, Pl\u00e4ne zur Gewinnung von Helium-3 zu starten. Das wurde von Gazprom bekanntgegeben.<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Mehrere L\u00e4nder planen die Gewinnung von Helium-3 auf dem Mond. In der oberfl\u00e4chlichen Schicht befinden sich bis zu 2,5 Millionen Tonnen<\/a><\/noindex> (Tab. 2) dieses Materials. Sch\u00e4tzungen von Wissenschaftlern zufolge reicht diese Ressource f\u00fcr f\u00fcnftausend Jahre aus. NASA hat bereits mit der Entwicklung von Anlagenprojekten<\/a><\/noindex>, die Regolith verarbeiten.<\/a><\/noindex> in Helium-3. Die Entwicklung der entsprechenden infrastrukturellen Einrichtungen auf der Erde und dem Mond erfolgt durch Indien<\/a><\/noindex> und China<\/a><\/noindex>. Doch die praktische Umsetzung wird nicht vor 2030 gelingen.<\/p><\/blockquote>\n

\nEin weiterer Ansatz zur Vermeidung eines Helium-3-Mangels besteht darin, einen Ersatz bei der Herstellung von Neutronenscannern zu finden. \u00dcbrigens wurde dieser bereits entdeckt<\/a><\/noindex> im Jahr 2018 \u2013 es handelt sich um Kristalle aus Zink-Sulfid und Lithium-6-Fluorid. Diese erm\u00f6glichen die Registrierung radioaktiver Materialien mit einer Genauigkeit von \u00fcber 90%.<\/p>\n

\"Ein
\n\/ \u0444\u043e\u0442\u043e IBM Forschung<\/a><\/noindex> CC BY-ND<\/i><\/p>\n

Weitere \u201equantentechnische\u201c Herausforderungen<\/h2>\n

\nNeben dem Helium-Mangel gibt es auch andere Schwierigkeiten, die die Entwicklung von Quantencomputern behindern. Die erste ist der Mangel an Hardware-Komponenten. Weltweit gibt es bisher nur wenige gro\u00dfe Unternehmen, die sich mit der Entwicklung der \u201eInnereien\u201c f\u00fcr Quantenmaschinen besch\u00e4ftigen. Oftmals m\u00fcssen die Firmen warten, bis ein K\u00fchlsystem gefertigt wird, mehr als ein Jahr<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Eine Reihe von L\u00e4ndern versucht, das Problem durch staatliche Programme zu l\u00f6sen. Solche Initiativen wurden bereits in den USA und Europa gestartet. K\u00fcrzlich wurde beispielsweise in den Niederlanden mit Unterst\u00fctzung des Wirtschaftsministeriums die Firma Delft Circuits gegr\u00fcndet. Diese stellt Komponenten f\u00fcr Quantencomputersysteme her.<\/p>\n

Eine weitere Herausforderung ist der Mangel an Fachkr\u00e4ften. Die Nachfrage nach ihnen w\u00e4chst, doch sie zu finden, gestaltet sich schwierig. Laut Daten<\/a><\/noindex> NYT gibt es weltweit nicht mehr als tausend erfahrene \u201eQuanteningenieure\u201c. Dieses Problem wird von f\u00fchrenden technischen Universit\u00e4ten angegangen. Zum Beispiel entwickeln am MIT bereits die ersten Programme zur Ausbildung von Fachkr\u00e4ften f\u00fcr den Umgang mit Quantenmaschinen.<\/a><\/noindex> Die Entwicklung entsprechender akademischer Programme wird auch von der amerikanischen National Quantum Initiative vorangetrieben.<\/a><\/noindex> IT-Experten sind insgesamt \u00fcberzeugt, dass die Herausforderungen, vor denen die Entwickler von Quantencomputern stehen, gut zu bew\u00e4ltigen sind. In Zukunft sind neue technologische Durchbr\u00fcche in diesem Bereich zu erwarten.<\/p>\n

Was wir im ersten Blog \u00fcber Corporate IaaS schreiben:<\/p>\n

\nEin Jahr im Einsatz: Wer und warum wurde nach GDPR bestraft?<\/p>\n