Μιλάμε για τα προαπαιτούμενα και παρέχουμε γνώμες ειδικών.
/ φωτογραφία CC BY-ND
Γιατί χρειάζεται ήλιο στους κβαντικούς υπολογιστές;
Πριν προχωρήσουμε στην ιστορία της κατάστασης έλλειψης ηλίου, ας μιλήσουμε για το γιατί οι κβαντικοί υπολογιστές χρειάζονται ήλιο εξαρχής.
Οι κβαντικές μηχανές λειτουργούν σε qubits. Σε αντίθεση με τα κλασικά bit, μπορούν να βρίσκονται ταυτόχρονα σε καταστάσεις 0 και 1 - σε υπέρθεση. Σε ένα υπολογιστικό σύστημα, το φαινόμενο του κβαντικού παραλληλισμού συμβαίνει όταν οι πράξεις εκτελούνται ταυτόχρονα με το μηδέν και το ένα. Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει σε μηχανές που βασίζονται σε qubit να επιλύουν ορισμένα προβλήματα πιο γρήγορα από τους κλασικούς υπολογιστές, όπως η προσομοίωση μοριακών και χημικών αντιδράσεων.
Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα: τα qubits είναι εύθραυστα αντικείμενα και μπορούν να διατηρήσουν την υπέρθεση μόνο για λίγα νανοδευτερόλεπτα. Διαταράσσεται ακόμη και από μια μικρή διακύμανση της θερμοκρασίας· το λεγόμενο . Για να αποφευχθεί η καταστροφή του qubit, οι κβαντικοί υπολογιστές σε χαμηλές θερμοκρασίες - 10 mK (-273,14°C). Για να επιτύχουν θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, οι εταιρείες χρησιμοποιούν υγρό ήλιο, ή ακριβέστερα, ένα ισότοπο , το οποίο δεν σκληραίνει κάτω από τέτοιες ακραίες συνθήκες.
Ποιο είναι το πρόβλημα
Στο εγγύς μέλλον, η βιομηχανία πληροφορικής μπορεί να αντιμετωπίσει έλλειψη ηλίου-3 για την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών. Στη Γη, αυτή η ουσία ουσιαστικά δεν βρίσκεται ποτέ στη φυσική της μορφή - ο όγκος της βρίσκεται στην ατμόσφαιρα του πλανήτη (1,37 ppm σε σχέση με ήλιο-4). Το ήλιο-3 είναι προϊόν αποσύνθεσης του τριτίου, η παραγωγή του οποίου (ο τελευταίος πυρηνικός αντιδραστήρας βαρέος νερού έκλεισε στις ΗΠΑ). Στη συνέχεια, το τρίτιο άρχισε να εξάγεται από συστατικά παροπλισμένων πυρηνικών όπλων, αλλά Σύμφωνα με την Υπηρεσία Ερευνών του Κογκρέσου των ΗΠΑ, αυτή η πρωτοβουλία δεν αύξησε σημαντικά το απόθεμα της στρατηγικής ουσίας. Η Ρωσία και οι ΗΠΑ έχουν κάποια αποθέματα, αλλά .
Η κατάσταση επιδεινώνεται από το γεγονός ότι ένα αρκετά σημαντικό μέρος του ηλίου-3 δαπανάται για την παραγωγή σαρωτών νετρονίων που χρησιμοποιούνται σε συνοριακά σημεία ελέγχου για την αναζήτηση ραδιενεργών υλικών. Ο σαρωτής νετρονίων είναι υποχρεωτικό εργαλείο σε όλα τα τελωνεία των ΗΠΑ από το 2000. Λόγω ορισμένων από αυτούς τους παράγοντες, η προμήθεια ηλίου-3 στις Ηνωμένες Πολιτείες ελέγχεται ήδη από κυβερνητικές υπηρεσίες που εκδίδουν ποσοστώσεις σε δημόσιους και ιδιωτικούς οργανισμούς και οι ειδικοί πληροφορικής ανησυχούν ότι σύντομα δεν θα υπάρχει αρκετό ήλιο-3 για όλους.
Πόσο άσχημο είναι
Πιστεύεται ότι η έλλειψη ηλίου-3 θα έχει αρνητικό αντίκτυπο στις κβαντικές εξελίξεις. Ο Blake Johnson, αντιπρόεδρος του κατασκευαστή κβαντικών υπολογιστών Rigetti Computing, σε συνέντευξή του στο MIT Tech Review αυτό το ψυκτικό μέσο είναι απίστευτα δύσκολο να αποκτηθεί. Τα προβλήματα επιδεινώνονται από το υψηλό κόστος του — κοστίζει 40 $ για να γεμίσει μια μονάδα ψύξης.
Αλλά εκπρόσωποι της D-Wave, μιας άλλης κβαντικής startup, διαφωνούν με την άποψη του Blake. Με Αντιπρόεδρος του οργανισμού, η παραγωγή ενός κβαντικού υπολογιστή απαιτεί μόνο μια μικρή ποσότητα ηλίου-3, η οποία μπορεί να χαρακτηριστεί ασήμαντη σε σύγκριση με τον συνολικό διαθέσιμο όγκο της ουσίας. Επομένως, η έλλειψη ψυκτικού μέσου θα είναι αόρατη για την κβαντική βιομηχανία.
Επιπλέον, άλλες μέθοδοι για την εξαγωγή ηλίου-3 που δεν περιλαμβάνουν τρίτιο αναπτύσσονται σήμερα. Ένα από αυτά είναι η εξαγωγή του ισοτόπου από το φυσικό αέριο. Πρώτα, υφίσταται βαθιά συμπύκνωση σε χαμηλές θερμοκρασίες, και στη συνέχεια περνά από τις διαδικασίες διαχωρισμού και διόρθωσης (διαχωρισμός ακαθαρσιών αερίων). Προηγουμένως, αυτή η προσέγγιση θεωρείτο οικονομικά ανέφικτη, αλλά με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, η κατάσταση άλλαξε. Πέρυσι σχετικά με τα σχέδιά του να ξεκινήσει την παραγωγή ηλίου-3 .
Ορισμένες χώρες κάνουν σχέδια για την εξόρυξη ηλίου-3 στη Σελήνη. Το επιφανειακό του στρώμα περιέχει έως (Πίνακας 2) αυτής της ουσίας. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ο πόρος θα διαρκέσει πέντε χιλιάδες χρόνια. Η NASA έχει ήδη αρχίσει να δημιουργεί που ανακυκλώνουν σε ήλιο-3. Γίνεται η ανάπτυξη της αντίστοιχης επίγειας και σεληνιακής υποδομής и . Αλλά δεν θα είναι δυνατό να εφαρμοστεί στην πράξη μέχρι το 2030.
Ένας άλλος τρόπος για να αποφευχθεί η έλλειψη ηλίου-3 είναι να βρεθεί ένα υποκατάστατο για την παραγωγή σαρωτών νετρονίων. Με την ευκαιρία, αυτή το 2018 - έγινε κρύσταλλοι θειούχου ψευδαργύρου και φθοριούχου λιθίου-6. Επιτρέπουν την καταγραφή ραδιενεργών υλικών με ακρίβεια άνω του 90%.
/ φωτογραφία CC BY-ND
Άλλα «κβαντικά» προβλήματα
Εκτός από την έλλειψη ηλίου, υπάρχουν και άλλες δυσκολίες που εμποδίζουν την ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών. Το πρώτο είναι η έλλειψη εξαρτημάτων υλικού. Υπάρχουν ακόμη λίγες μεγάλες επιχειρήσεις στον κόσμο που αναπτύσσουν το «γέμιση» για κβαντικές μηχανές. Μερικές φορές οι εταιρείες πρέπει να περιμένουν μέχρι να κατασκευαστεί το σύστημα ψύξης, .
Ορισμένες χώρες προσπαθούν να λύσουν το πρόβλημα μέσω κυβερνητικών προγραμμάτων. Τέτοιες πρωτοβουλίες έχουν ήδη ξεκινήσει στις ΗΠΑ και την Ευρώπη. Για παράδειγμα, μόλις πρόσφατα στην Ολλανδία, με την υποστήριξη του Υπουργείου Οικονομικών, ξεκίνησε να λειτουργεί η Delft Circuits. Παράγει εξαρτήματα για συστήματα κβαντικών υπολογιστών.
Μια άλλη δυσκολία είναι η έλλειψη ειδικών. Η ζήτηση για αυτά αυξάνεται, αλλά η εύρεση τους δεν είναι τόσο εύκολη. Με NYT, δεν υπάρχουν περισσότεροι από χίλιοι έμπειροι «κβαντικοί μηχανικοί» στον κόσμο. Τα κορυφαία τεχνικά πανεπιστήμια λύνουν το πρόβλημα. Για παράδειγμα, στο MIT ήδη τα πρώτα προγράμματα για την εκπαίδευση ειδικών στην εργασία με κβαντικές μηχανές. Ανάπτυξη σχετικών ακαδημαϊκών προγραμμάτων και στην American National Quantum Initiative.
Σε γενικές γραμμές, οι ειδικοί της πληροφορικής είναι πεπεισμένοι ότι τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι δημιουργοί των κβαντικών υπολογιστών είναι απολύτως ξεπεράσιμα. Και στο μέλλον μπορούμε να αναμένουμε νέες τεχνολογικές ανακαλύψεις σε αυτόν τον τομέα.
Τι γράφουμε στο πρώτο ιστολόγιο για το business IaaS:
Πηγή: www.habr.com