Puhumme edellytyksistä ja annamme asiantuntijalausuntoja.
/ valokuva CC BY-ND
Miksi heliumia tarvitaan kvanttitietokoneissa?
Ennen kuin siirrymme heliumipulatilanteen tarinaan, puhutaan siitä, miksi kvanttitietokoneet tarvitsevat heliumia.
Kvanttikoneet toimivat kubiteilla. Ne, toisin kuin klassiset bitit, voivat olla tilassa 0 ja 1 samanaikaisesti - superpositiossa. Laskentajärjestelmässä kvanttirinnakkaisilmiö ilmenee, kun operaatioita suoritetaan samanaikaisesti nollan ja yhden kanssa. Tämän ominaisuuden avulla qubit-pohjaiset koneet voivat ratkaista joitakin ongelmia nopeammin kuin perinteiset tietokoneet, kuten simuloida molekyyli- ja kemiallisia reaktioita.
Mutta on ongelma: kubitit ovat hauraita esineitä ja ne pystyvät ylläpitämään superpositiota vain muutaman nanosekunnin. Sitä häiritsee pienikin lämpötilan vaihtelu, ns . Kvanttitietokoneet kubittien tuhoutumisen välttämiseksi matalissa lämpötiloissa - 10 mK (-273,14 °C). Absoluuttista nollaa lähellä olevien lämpötilojen saavuttamiseksi yritykset käyttävät nestemäistä heliumia tai tarkemmin sanottuna isotooppia , joka ei kovettu niin äärimmäisissä olosuhteissa.
Mikä on ongelma?
IT-alalla saattaa lähitulevaisuudessa olla pula helium-3:sta kvanttitietokoneiden kehittämiseen. Maapallolla tätä ainetta ei käytännössä koskaan löydy luonnollisessa muodossaan - sen tilavuus on planeetan ilmakehässä (1,37 ppm suhteessa helium-4:ään). Helium-3 on tritiumin hajoamistuote, jonka valmistuksessa (viimeinen raskaan veden ydinreaktori suljettiin Yhdysvalloissa). Myöhemmin tritiumia alettiin erottaa käytöstä poistettujen ydinaseiden osista, mutta Yhdysvaltain kongressin tutkimuspalvelun mukaan tämä aloite ei merkittävästi lisännyt strategisen aineen varastoja. Venäjällä ja Yhdysvalloilla on jonkin verran varantoja, mutta .
Tilannetta pahentaa se, että melko merkittävä osa helium-3:sta käytetään rajatarkastusasemilla radioaktiivisten aineiden etsimiseen käytettävien neutroniskannereiden valmistukseen. Neutroniskanneri on ollut pakollinen työkalu kaikissa Yhdysvaltojen tullitoimipaikoissa vuodesta 2000 lähtien. Useista näistä tekijöistä johtuen helium-3:n tarjontaa Yhdysvalloissa hallitsevat jo valtion virastot, jotka myöntävät kiintiöitä julkisille ja yksityisille organisaatioille, ja IT-asiantuntijat pelkäävät, että helium-3:a ei pian riitä kaikille.
Kuinka paha se on?
Helium-3:n puutteella uskotaan olevan negatiivinen vaikutus kvanttikehitykseen. Blake Johnson, kvanttitietokoneiden valmistajan Rigetti Computingin varapuheenjohtaja MIT Tech Review -lehden haastattelussa sitä kylmäainetta on uskomattoman vaikea saada. Ongelmia pahentaa sen korkea hinta – yhden jäähdytysyksikön täyttäminen maksaa 40 XNUMX dollaria.
Mutta toisen kvantti-startupin D-Waven edustajat ovat eri mieltä Blaken mielipiteen kanssa. Tekijä: Organisaation varapuheenjohtaja, yhden kvanttitietokoneen tuotanto vaatii vain pienen määrän helium-3:a, jota voidaan kutsua merkityksettömäksi verrattuna aineen kokonaismäärään. Siksi kylmäainepula on näkymätön kvanttiteollisuudelle.
Lisäksi nykyään kehitetään muita helium-3:n uuttamismenetelmiä, joihin ei liity tritiumia. Yksi niistä on isotoopin erottaminen maakaasusta. Ensin se käy läpi syvän kondensoitumisen matalissa lämpötiloissa ja sitten käy läpi erotus- ja rektifikaatioprosessit (kaasuepäpuhtauksien erottaminen). Aikaisemmin tätä lähestymistapaa pidettiin taloudellisesti mahdottomana, mutta tekniikan kehityksen myötä tilanne on muuttunut. Viime vuonna hänen suunnitelmistaan aloittaa helium-3:n tuotanto .
Useat maat suunnittelevat helium-3:n louhimista Kuuhun. Sen pintakerros sisältää jopa (taulukko 2) tämän aineen. Tutkijat arvioivat resurssin kestävän viisi tuhatta vuotta. NASA on jo alkanut luoda että kierrättää helium-3:ksi. Vastaavan maan ja kuun infrastruktuurin kehittäminen on käynnissä и . Mutta se on mahdollista toteuttaa käytännössä vasta vuonna 2030.
Toinen tapa estää helium-3:n puute on löytää sille korvaava neutroniskannereiden tuotannossa. Muuten, hän vuonna 2018 - siitä tuli sinkkisulfidin ja litium-6-fluoridin kiteitä. Ne mahdollistavat radioaktiivisten aineiden rekisteröinnin yli 90 prosentin tarkkuudella.
/ valokuva CC BY-ND
Muita "kvantti"-ongelmia
Heliumpulan lisäksi kvanttitietokoneiden kehitystä haittaa muitakin vaikeuksia. Ensimmäinen on laitteistokomponenttien puute. Maailmassa on vielä vähän suuria yrityksiä, jotka kehittävät kvanttikoneiden "täyttöä". Joskus yritysten on odotettava jäähdytysjärjestelmän valmistusta, .
Useat maat yrittävät ratkaista ongelman hallitusohjelmien avulla. Tällaisia aloitteita on jo käynnistetty Yhdysvalloissa ja Euroopassa. Esimerkiksi äskettäin Hollannissa Delft Circuits aloitti toimintansa talousministeriön tuella. Se tuottaa komponentteja kvanttilaskentajärjestelmiin.
Toinen ongelma on asiantuntijoiden puute. Niiden kysyntä kasvaa, mutta niiden löytäminen ei ole niin helppoa. Tekijä: NYT, maailmassa ei ole enempää kuin tuhat kokenutta "kvanttiinsinööriä". Johtavat tekniset yliopistot ratkaisevat ongelman. Esimerkiksi jo MIT:ssä ensimmäiset ohjelmat kvanttikoneiden kanssa työskentelevien asiantuntijoiden kouluttamiseksi. Asiaankuuluvien akateemisten ohjelmien kehittäminen ja American National Quantum Initiativessa.
Yleisesti ottaen IT-asiantuntijat ovat vakuuttuneita siitä, että kvanttitietokoneiden luojien kohtaamat ongelmat ovat täysin ylitettävissä. Ja tulevaisuudessa voimme odottaa uusia teknologisia läpimurtoja tällä alueella.
Mistä kirjoitamme ensimmäisessä enterprise IaaS -blogissa:
Lähde: will.com