در مورد پیش نیازها صحبت می کنیم و نظرات کارشناسی ارائه می کنیم.
/ عکس CC BY-ND
چرا هلیوم در کامپیوترهای کوانتومی مورد نیاز است؟
قبل از اینکه به داستان وضعیت کمبود هلیوم بپردازیم، اجازه دهید در مورد اینکه چرا کامپیوترهای کوانتومی در وهله اول به هلیوم نیاز دارند، صحبت کنیم.
ماشین های کوانتومی بر روی کیوبیت ها کار می کنند. آنها، بر خلاف بیت های کلاسیک، می توانند همزمان در حالت 0 و 1 باشند - در یک برهم نهی. در یک سیستم محاسباتی، پدیده موازی کوانتومی زمانی رخ می دهد که عملیات همزمان با صفر و یک انجام شود. این ویژگی به ماشین های مبتنی بر کیوبیت اجازه می دهد تا برخی از مسائل را سریعتر از کامپیوترهای کلاسیک حل کنند، مانند شبیه سازی واکنش های مولکولی و شیمیایی.
اما یک مشکل وجود دارد: کیوبیت ها اجرام شکننده ای هستند و فقط می توانند برهم نهی را برای چند نانوثانیه حفظ کنند. حتی با نوسانات جزئی دما مختل می شود؛ به اصطلاح . برای جلوگیری از تخریب کیوبیت، کامپیوترهای کوانتومی در دماهای پایین - 10 mK (-273,14 درجه سانتیگراد). برای دستیابی به دمای نزدیک به صفر مطلق، شرکت ها از هلیوم مایع یا به طور دقیق تر، یک ایزوتوپ استفاده می کنند ، که در چنین شرایط شدید سخت نمی شود.
مشکل چیه
در آینده نزدیک، صنعت فناوری اطلاعات ممکن است با کمبود هلیوم 3 برای توسعه کامپیوترهای کوانتومی مواجه شود. در زمین، این ماده عملاً هرگز به شکل طبیعی خود یافت نمی شود - حجم آن در جو سیاره است (1,37 ppm نسبت به هلیوم-4). هلیوم-3 محصول پوسیدگی تریتیوم است که تولید آن است (آخرین راکتور هسته ای آب سنگین در ایالات متحده آمریکا بسته شد). پس از آن، تریتیوم از اجزای سلاح های هسته ای از کار افتاده شروع به استخراج کرد، اما به گفته سرویس تحقیقات کنگره آمریکا، این ابتکار به میزان قابل توجهی ذخیره این ماده استراتژیک را افزایش نداد. روسیه و آمریکا ذخایری دارند، اما .
این وضعیت با این واقعیت تشدید می شود که بخش نسبتاً قابل توجهی از هلیوم-3 صرف تولید اسکنرهای نوترونی می شود که در پست های بازرسی مرزی برای جستجوی مواد رادیواکتیو مورد استفاده قرار می گیرند. اسکنر نوترون از سال 2000 یک ابزار اجباری در تمام گمرکات ایالات متحده بوده است. با توجه به تعدادی از این عوامل، عرضه هلیوم-3 در ایالات متحده در حال حاضر توسط سازمان های دولتی که سهمیه هایی را برای سازمان های دولتی و خصوصی صادر می کنند کنترل می شود و کارشناسان فناوری اطلاعات نگرانند که به زودی هلیوم-3 کافی برای همه وجود نداشته باشد.
چقدر بد است
اعتقاد بر این است که کمبود هلیوم-3 تأثیر منفی بر تحولات کوانتومی خواهد داشت. بلیک جانسون، معاون سازنده کامپیوترهای کوانتومی Rigetti Computing، در مصاحبه با MIT Tech Review به دست آوردن مبرد فوق العاده دشوار است. مشکلات به دلیل هزینه بالای آن تشدید می شود - هزینه پر کردن یک واحد تبرید 40 دلار است.
اما نمایندگان D-Wave، یک استارتاپ کوانتومی دیگر، با نظر بلیک مخالف هستند. توسط معاون رئیس سازمان، تولید یک کامپیوتر کوانتومی تنها به مقدار کمی هلیوم 3 نیاز دارد که می توان آن را در مقایسه با حجم کل موجود این ماده ناچیز خواند. بنابراین، کمبود مبرد برای صنعت کوانتومی نامرئی خواهد بود.
به علاوه، روش‌های دیگری برای استخراج هلیوم-3 که شامل تریتیوم نمی‌شوند، امروزه در حال توسعه هستند. یکی از آنها استخراج ایزوتوپ از گاز طبیعی است. ابتدا در دماهای پایین تحت چگالش عمیق قرار می گیرد و سپس فرآیندهای جداسازی و یکسوسازی (جداسازی ناخالصی های گاز) را طی می کند. پیش از این، این رویکرد از نظر اقتصادی غیرممکن تلقی می شد، اما با توسعه فناوری وضعیت تغییر کرده است. سال گذشته در مورد برنامه های خود برای شروع تولید هلیوم-3 .
تعدادی از کشورها در حال برنامه ریزی برای استخراج هلیوم-3 در ماه هستند. لایه سطحی آن شامل تا (جدول 2) این ماده. دانشمندان تخمین می زنند که این منبع پنج هزار سال دوام خواهد آورد. ناسا در حال حاضر شروع به ایجاد کرده است که بازیافت به هلیوم-3. توسعه زیرساخت های زمینی و قمری مربوطه در حال انجام است и . اما اجرای آن در عمل تا سال 2030 امکان پذیر نخواهد بود.
راه دیگر برای جلوگیری از کمبود هلیوم 3 یافتن جایگزینی برای آن در تولید اسکنرهای نوترونی است. به هر حال، او در سال 2018 - به کریستال های سولفید روی و فلوراید لیتیوم-6 تبدیل شد. آنها ثبت مواد رادیواکتیو را با دقت بیش از 90 درصد ممکن می سازند.
/ عکس CC BY-ND
سایر مشکلات "کوانتومی".
علاوه بر کمبود هلیوم، مشکلات دیگری نیز وجود دارد که مانع توسعه کامپیوترهای کوانتومی شده است. اولین مورد کمبود قطعات سخت افزاری است. هنوز تعداد کمی از شرکت‌های بزرگ در جهان وجود دارند که «پر کردن» ماشین‌های کوانتومی را توسعه می‌دهند. گاهی اوقات شرکت ها باید منتظر بمانند تا سیستم خنک کننده تولید شود، .
تعدادی از کشورها در تلاشند تا از طریق برنامه های دولتی این مشکل را حل کنند. چنین طرح هایی قبلاً در ایالات متحده و اروپا راه اندازی شده است. به عنوان مثال، اخیراً در هلند، با حمایت وزارت اقتصاد، مدارهای دلفت شروع به کار کردند. قطعاتی را برای سیستم های محاسباتی کوانتومی تولید می کند.
مشکل دیگر کمبود متخصص است. تقاضا برای آنها در حال افزایش است، اما پیدا کردن آنها چندان آسان نیست. توسط NYT، بیش از هزار مهندس کوانتومی با تجربه در جهان وجود ندارد. دانشگاه های فنی پیشرو در حال حل این مشکل هستند. به عنوان مثال، در MIT در حال حاضر اولین برنامه ها برای آموزش متخصصان در کار با ماشین های کوانتومی. توسعه برنامه های تحصیلی مرتبط و در ابتکار کوانتوم ملی آمریکا.
به طور کلی، کارشناسان فناوری اطلاعات متقاعد شده اند که مشکلات پیش روی سازندگان رایانه های کوانتومی کاملاً قابل حل است. و در آینده می‌توانیم انتظار پیشرفت‌های فناوری جدید در این زمینه را داشته باشیم.
آنچه در وبلاگ اول درباره سازمانی IaaS می نویسیم:
منبع: www.habr.com