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¿Por qué se necesita helio en las computadoras cuánticas?
Antes de pasar a la historia de la situación de escasez de helio, hablemos de por qué las computadoras cuánticas necesitan helio en primer lugar.
Las máquinas cuánticas funcionan con qubits. A diferencia de los bits clásicos, pueden estar en los estados 0 y 1 al mismo tiempo, en superposición. En un sistema informático, el fenómeno del paralelismo cuántico se produce cuando las operaciones se realizan simultáneamente con el cero y el uno. Esta característica permite que las máquinas basadas en qubits resuelvan algunos problemas más rápido que las computadoras clásicas, como la simulación de reacciones moleculares y químicas.
Pero hay un problema: los qubits son objetos frágiles y sólo pueden mantener la superposición durante unos pocos nanosegundos. Se ve alterado incluso por una ligera fluctuación de temperatura; el llamado . Para evitar la destrucción de qubits, las computadoras cuánticas a bajas temperaturas - 10 mK (-273,14°C). Para alcanzar temperaturas cercanas al cero absoluto, las empresas utilizan helio líquido o, más precisamente, un isótopo , que no se endurece en condiciones tan extremas.
Cual es el problema
En un futuro próximo, la industria de TI puede enfrentar una escasez de helio-3 para el desarrollo de computadoras cuánticas. En la Tierra, esta sustancia prácticamente nunca se encuentra en su forma natural: su volumen se encuentra en la atmósfera del planeta. (1,37 ppm en relación con el helio-4). El helio-3 es un producto de desintegración del tritio, cuya producción (El último reactor nuclear de agua pesada fue cerrado en Estados Unidos). Posteriormente se empezó a extraer tritio de componentes de armas nucleares fuera de servicio, pero Según el Servicio de Investigación del Congreso de Estados Unidos, esta iniciativa no aumentó significativamente las reservas de la sustancia estratégica. Rusia y Estados Unidos tienen algunas reservas, pero .
La situación se ve agravada por el hecho de que una parte bastante importante del helio-3 se gasta en la producción de escáneres de neutrones utilizados en los puestos de control fronterizos para buscar materiales radiactivos. El escáner de neutrones es una herramienta obligatoria en todas las aduanas estadounidenses desde el año 2000. Debido a varios de estos factores, el suministro de helio-3 en Estados Unidos ya está controlado por agencias gubernamentales que asignan cuotas a organizaciones públicas y privadas, y a los expertos en TI les preocupa que pronto no haya suficiente helio-3 para todos.
Que mal esta
Se cree que la escasez de helio-3 tendrá un impacto negativo en el desarrollo cuántico. Blake Johnson, vicepresidente del fabricante de ordenadores cuánticos Rigetti Computing, en una entrevista con MIT Tech Review Ese refrigerante es increíblemente difícil de obtener. Los problemas se ven agravados por su alto costo: llenar una unidad de refrigeración cuesta 40 dólares.
Pero los representantes de D-Wave, otra startup cuántica, no están de acuerdo con la opinión de Blake. Por Vicepresidente de la organización, para la producción de una computadora cuántica se requiere solo una pequeña cantidad de helio-3, que puede considerarse insignificante en comparación con el volumen total disponible de la sustancia. Por tanto, la escasez de refrigerante será invisible para la industria cuántica.
Además, hoy se están desarrollando otros métodos para extraer helio-3 que no utilizan tritio. Uno de ellos es la extracción del isótopo del gas natural. Primero, sufre una condensación profunda a bajas temperaturas y luego pasa por procesos de separación y rectificación (separación de impurezas del gas). Anteriormente, este enfoque se consideraba económicamente inviable, pero con el desarrollo de la tecnología la situación ha cambiado. El año pasado sobre sus planes de comenzar a producir helio-3. .
Varios países están haciendo planes para extraer helio-3 en la Luna. Su capa superficial contiene hasta (Tabla 2) de esta sustancia. Los científicos estiman que el recurso durará cinco mil años. La NASA ya ha comenzado a crear. que reciclar al helio-3. Se lleva a cabo el desarrollo de la correspondiente infraestructura terrestre y lunar. и . Pero no será posible implementarlo en la práctica hasta 2030.
Otra forma de evitar la escasez de helio-3 es encontrar un sustituto en la producción de escáneres de neutrones. Por cierto, ella en 2018, se convirtieron en cristales de sulfuro de zinc y fluoruro de litio-6. Permiten registrar materiales radiactivos con una precisión superior al 90%.
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Otros problemas "cuánticos"
Además de la escasez de helio, existen otras dificultades que obstaculizan el desarrollo de los ordenadores cuánticos. La primera es la falta de componentes de hardware. Todavía quedan pocas empresas grandes en el mundo que desarrollen el "relleno" para máquinas cuánticas. A veces las empresas tienen que esperar hasta que se fabrique el sistema de refrigeración, .
Varios países están tratando de resolver el problema mediante programas gubernamentales. Iniciativas de este tipo ya se han lanzado en Estados Unidos y Europa. Por ejemplo, recientemente en los Países Bajos, con el apoyo del Ministerio de Economía, comenzó a funcionar Delft Circuits. Produce componentes para sistemas de computación cuántica.
Otra dificultad es la falta de especialistas. La demanda de ellos está creciendo, pero encontrarlos no es tan fácil. Por NYT, no hay más de mil “ingenieros cuánticos” experimentados en el mundo. Las principales universidades técnicas están resolviendo el problema. Por ejemplo, en el MIT ya los primeros programas para formar especialistas en el trabajo con máquinas cuánticas. Desarrollo de programas académicos relevantes. y en la Iniciativa Cuántica Nacional Estadounidense.
En general, los expertos en TI están convencidos de que los problemas a los que se enfrentan los creadores de ordenadores cuánticos son completamente superables. Y en el futuro podemos esperar nuevos avances tecnológicos en este ámbito.
Sobre lo que escribimos en el primer blog sobre IaaS empresarial:
Fuente: habr.com