Räägime eeldustest ja anname ekspertarvamused.
/ foto CC BY-ND
Miks on kvantarvutites heeliumi vaja?
Enne heeliumipuuduse olukorra loo juurde asumist räägime sellest, miks kvantarvutid üldse heeliumi vajavad.
Kvantmasinad töötavad kubitidel. Erinevalt klassikalistest bittidest võivad nad olla samaaegselt olekutes 0 ja 1 - superpositsioonis. Arvutussüsteemis tekib kvantparalleelsuse nähtus, kui tehteid sooritatakse samaaegselt nulli ja ühega. See funktsioon võimaldab kubitipõhistel masinatel lahendada mõningaid probleeme kiiremini kui klassikalised arvutid, näiteks simuleerida molekulaarseid ja keemilisi reaktsioone.
Kuid on probleem: kubiidid on haprad objektid ja nad suudavad säilitada superpositsiooni vaid mõne nanosekundi. Seda segab isegi väike temperatuurikõikumine, nn . Kubiti hävitamise vältimiseks kvantarvutid madalatel temperatuuridel - 10 mK (-273,14°C). Absoluutsele nullile lähedase temperatuuri saavutamiseks kasutavad ettevõtted vedelat heeliumi või täpsemalt isotoopi , mis sellistes ekstreemsetes tingimustes ei kõvene.
Milles on probleem
Lähitulevikus võib IT-tööstuses kvantarvutite arendamiseks tekkida heelium-3 puudus. Maal seda ainet looduslikul kujul praktiliselt ei leidu - selle maht asub planeedi atmosfääris (1,37 ppm heelium-4 suhtes). Heelium-3 on triitiumi lagunemissaadus, mille tootmisel (USA-s suleti viimane raskevee tuumareaktor). Hiljem hakati triitiumi eraldama dekomisjoneeritud tuumarelvade komponentidest, kuid USA Kongressi uurimisteenistuse hinnangul ei suurendanud see algatus oluliselt strateegilise aine varusid. Venemaal ja USA-l on teatud reserve, kuid .
Olukorda raskendab asjaolu, et üsna märkimisväärne osa heelium-3-st kulub piiripunktides radioaktiivsete materjalide otsimiseks kasutatavate neutronskannerite tootmiseks. Neutroniskanner on alates 2000. aastast olnud kohustuslik tööriist kõigis USA tolliasutustes. Mitmete nende tegurite tõttu kontrollivad heelium-3 tarnimist USA-s juba valitsusasutused, kes jagavad kvoote avalikele ja eraorganisatsioonidele ning IT-eksperdid muretsevad, et varsti ei jätku heelium-3 kõigile.
Kui halb see on?
Arvatakse, et heelium-3 puudusel on kvantide arengule negatiivne mõju. Kvantarvutite tootja Rigetti Computingu asepresident Blake Johnson intervjuus ajakirjale MIT Tech Review seda külmaainet on uskumatult raske hankida. Probleeme süvendab selle kõrge hind – ühe külmutusseadme täitmine maksab 40 XNUMX dollarit.
Kuid teise kvantidufirma D-Wave esindajad ei nõustu Blake'i arvamusega. Kõrval Organisatsiooni asepresident, ühe kvantarvuti tootmiseks kulub vaid väike kogus heelium-3, mida võib aine kogu olemasoleva mahuga võrreldes nimetada ebaoluliseks. Seetõttu on külmutusagensi puudus kvanttööstusele nähtamatu.
Lisaks töötatakse täna välja muid heelium-3 ekstraheerimise meetodeid, mis ei sisalda triitiumi. Üks neist on isotoobi eraldamine maagaasist. Esiteks läbib see madalatel temperatuuridel sügava kondenseerumise ja seejärel eraldus- ja rektifikatsiooniprotsessid (gaasi lisandite eraldamine). Varem peeti seda lähenemist majanduslikult ebaotstarbekaks, kuid tehnoloogia arenguga on olukord muutunud. Eelmisel aastal tema plaanidest hakata tootma heelium-3 .
Mitmed riigid kavatsevad heelium-3 kaevandada Kuul. Selle pinnakiht sisaldab kuni (tabel 2) selle aine kohta. Teadlaste hinnangul jätkub ressurssi viieks tuhandeks aastaks. NASA on juba loomist alustanud et taaskasutada heelium-3-ks. Teostatakse vastava maapealse ja kuu infrastruktuuri väljatöötamist и . Kuid seda on võimalik praktikas rakendada alles 2030. aastal.
Teine viis heelium-3 puuduse vältimiseks on leida sellele asendaja neutronskannerite tootmises. Muide, tema aastal 2018 - sellest said tsinksulfiidi ja liitium-6 fluoriidi kristallid. Need võimaldavad registreerida radioaktiivseid materjale täpsusega üle 90%.
/ foto CC BY-ND
Muud "kvant" probleemid
Lisaks heeliumipuudusele on kvantarvutite arengut takistavad ka muud raskused. Esimene on riistvarakomponentide puudumine. Maailmas on endiselt vähe suuri ettevõtteid, kes arendavad kvantmasinate "täidist". Mõnikord peavad ettevõtted ootama, kuni jahutussüsteem on valmistatud, .
Mitmed riigid üritavad probleemi valitsusprogrammide kaudu lahendada. Selliseid algatusi on juba käivitatud USA-s ja Euroopas. Näiteks Hollandis alustas just hiljuti majandusministeeriumi toel tegevust Delft Circuits. See toodab komponente kvantarvutussüsteemide jaoks.
Teine raskus on spetsialistide puudus. Nõudlus nende järele kasvab, kuid nende leidmine pole nii lihtne. Kõrval NYT, maailmas pole rohkem kui tuhat kogenud "kvantinsenerit". Juhtivad tehnikaülikoolid on probleemi lahendamas. Näiteks MIT-is juba esimesed programmid kvantmasinatega töötamise spetsialistide koolitamiseks. Asjakohaste akadeemiliste programmide väljatöötamine ja Ameerika riiklikus kvantalgatuses.
Üldiselt on IT-eksperdid veendunud, et probleemid, millega kvantarvutite loojad silmitsi seisavad, on täiesti ületatavad. Ja tulevikus võime selles valdkonnas oodata uusi tehnoloogilisi läbimurdeid.
Millest kirjutame esimeses ettevõtte IaaS-i blogis:
Allikas: www.habr.com