🥇La escasez de helio puede ralentizar el desarrollo de ordenadores cuánticos — discutimos la situación

Hablamos sobre las condiciones previas y compartimos las opiniones de los expertos.

¿Por qué se necesita helio en los ordenadores cuánticos?

Antes de abordar la situación de la escasez de helio, hablemos sobre por qué los ordenadores cuánticos necesitan helio en primer lugar.

Las máquinas cuánticas operan con qubits. A diferencia de los bits clásicos, pueden estar en estados 0 y 1 simultáneamente — en superposición. En el sistema computacional surge el fenómeno del paralelismo cuántico, donde las operaciones se realizan al mismo tiempo con cero y uno. Esta característica permite que las máquinas basadas en qubits resuelvan algunas tareas más rápido que los ordenadores clásicos, como modelar reacciones moleculares y químicas.

Pero aquí hay un problema: los qubits son objetos frágiles y pueden mantener la superposición solo durante unos pocos nanosegundos. Incluso un pequeño cambio de temperatura la interrumpe, y se produce lo que se llama decogerenecia. Para evitar la destrucción de los qubits, los ordenadores cuánticos tienen que funcionar bajo condiciones de baja temperatura — 10 mK (–273,14°C). Para alcanzar temperaturas cercanas al cero absoluto, las empresas utilizan helio líquido, y más concretamente, el isótopo helio-3, que no se solidifica en tales condiciones extremas.

¿Cuál es el problema?

En un futuro cercano, la industria de TI puede enfrentar la escasez de helio-3 para el desarrollo de ordenadores cuánticos. En la Tierra, esta sustancia prácticamente no se encuentra en estado natural — su volumen en la atmósfera del planeta es solo del 0,000137% (1,37 partes por millón en relación con el helio-4). El helio-3 es un producto de la descomposición del tritio, cuya producción se detuvo en 1988 (en EE. UU. se cerró el último reactor nuclear de agua pesada). Después, el tritio comenzó a obtenerse de los componentes de armas nucleares desmanteladas, pero según los datos la Oficina de Investigación del Congreso de EE. UU., esta iniciativa no logró aumentar significativamente las reservas del material estratégico. Rusia y EE. UU. tienen algunas reservas, pero están llegando a su fin..

La situación se agrava por el hecho de que una parte significativa del helio-3 se destina a la fabricación de escáneres de neutrones utilizados en los puntos de control fronterizos para detectar materiales radiactivos. El escáner de neutrones ha sido una herramienta obligatoria en todas las aduanas estadounidenses desde el año 2000. Debido a varios factores, en EE. UU. los suministros de helio-3 ya están controlados por entidades gubernamentales que otorgan cuotas a organizaciones estatales y privadas, y los expertos en TI están preocupados de que pronto habrá escasez de helio-3 para todos los que lo deseen.

¿Qué tan grave es todo?

Hay opiniones de que la escasez de helio-3 tendrá un impacto negativo en los desarrollos cuánticos. Blake Johnson, vicepresidente de la empresa fabricante de computadoras cuánticas Rigetti Computing, en una entrevista con MIT Tech Review contó, mencionó que el refrigerante es increíblemente difícil de obtener. Los problemas se agravan por su alto costo — llenar una instalación de refrigeración cuesta 40 mil dólares.

Pero representantes de D-Wave, otra startup cuántica, no están de acuerdo con la opinión de Blake. Según palabras el vicepresidente de la organización, la producción de una computadora cuántica solo requiere una pequeña cantidad de helio-3, que se puede considerar insignificante en comparación con la cantidad total de la sustancia disponible. Por lo tanto, la escasez de refrigerante pasará desapercibida para la industria cuántica.

Además, hoy se están explorando otros métodos de extracción de helio-3 que no están relacionados con el tritio. Uno de ellos es la extracción de isótopos del gas natural. Primero, se somete a una condensación profunda a bajas temperaturas y luego pasa por procesos de separación y rectificación (eliminación de impurezas gaseosas). Anteriormente, este enfoque se consideraba económicamente inviable, pero con el avance de la tecnología, la situación ha cambiado. El año pasado, Gazprom anunció sus planes para comenzar la extracción de helio-3 ..

Varios países están planeando la extracción de helio-3 en la Luna. En su capa superficial hay hasta 2,5 millones de toneladas de esta sustancia. Según estimaciones de los científicos, los recursos serán suficientes para cinco mil años. La NASA ya ha comenzado a crear proyectos de instalaciones, que procesan regolito en helio-3. El desarrollo de la infraestructura terrestre y lunar correspondiente es responsabilidad de India y China. Pero su realización práctica no será posible antes de 2030.

Otra forma de prevenir la escasez de helio-3 es encontrar un sustituto para su uso en la fabricación de escáneres de neutrones. Cabe mencionar que ya se ha encontrado en 2018: se trata de cristales de sulfuro de zinc y fluoruro de litio-6. Permiten registrar materiales radiactivos con una precisión superior al 90%.

/ фото Investigación de IBM CC BY-ND

Otros problemas «cuánticos»

Además de la escasez de helio, existen otras dificultades que obstaculizan el desarrollo de ordenadores cuánticos. La primera es la falta de componentes de hardware. En el mundo, todavía hay pocas grandes empresas que se dediquen al desarrollo de «componentes» para máquinas cuánticas. A veces, las empresas deben esperar más de un año hasta que se fabrique un sistema de refrigeración, más de un año.

Varios países están tratando de resolver el problema mediante programas gubernamentales. Iniciativas como estas ya se han lanzado en EE. UU. y Europa. Por ejemplo, recientemente en los Países Bajos, con el apoyo del Ministerio de Economía, se creó la empresa Delft Circuits. Se dedica a la producción de componentes para sistemas de computación cuántica.

Otra dificultad es la escasez de especialistas. La demanda de estos está creciendo, pero encontrarlos no es tan sencillo. Según los datos NYT, hay más de mil ingenieros cuánticos experimentados en el mundo. El problema está siendo abordado por las principales universidades técnicas. Por ejemplo, en el MIT ya están creando se han iniciado los primeros programas de formación para especialistas en el trabajo con máquinas cuánticas. También se está desarrollando un programa académico correspondiente está trabajando en en la Iniciativa Cuántica Nacional de Estados Unidos.

En general, los expertos en TI están convencidos de que los problemas que enfrentan los creadores de ordenadores cuánticos son completamente superables. En el futuro, se pueden esperar nuevos avances tecnológicos en este campo.

Sobre lo que escribimos en el primer blog sobre IaaS corporativo: