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Pourquoi l'hélium est-il nécessaire dans les ordinateurs quantiques
Avant de discuter de la situation de la pénurie d'hélium, parlons de pourquoi les ordinateurs quantiques ont besoin d'hélium.
Les machines quantiques opèrent avec des qubits. Contrairement aux bits classiques, ils peuvent être dans les états 0 et 1 en même temps - en superposition. Dans un système de calcul, cela crée un phénomène de parallélisme quantique, où les opérations sont effectuées simultanément sur zéro et un. Cette caractéristique permet aux machines à base de qubits de résoudre certaines tâches plus rapidement que les ordinateurs classiques, par exemple, en modélisant des réactions moléculaires et chimiques.
Mais il y a un problème : les qubits sont des objets fragiles et peuvent maintenir la superposition pendant seulement quelques nanosecondes. Même une petite oscillation de la température perturbe cela, ce qui entraîne ce qu'on appelle la . Pour éviter la destruction des qubits, les ordinateurs quantiques dans des conditions de basse température - 10 mK (–273,14 °C). Pour atteindre des températures proches du zéro absolu, les entreprises utilisent de l'hélium liquide, plus précisément l'isotope , qui ne gèle pas dans de telles conditions extrêmes.
Quel est le problème
Dans un avenir proche, l'industrie informatique pourrait être confrontée à une pénurie d'hélium-3 pour le développement des ordinateurs quantiques. Ce matériau est pratiquement inexistant sur Terre de manière naturelle - son volume dans l'atmosphère de la planète (1,37 parties par million par rapport à l'hélium-4). L'hélium-3 est un produit de la désintégration du tritium, dont la production (les États-Unis ont fermé leur dernier réacteur nucléaire à eau lourde). Après cela, le tritium a commencé à être extrait à partir des composants d'armements nucléaires désaffectés, mais selon le Service de recherche du Congrès des États-Unis, cette initiative n'a pas permis d'augmenter de manière significative les réserves de ce matériau stratégique. La Russie et les États-Unis ont certaines réserves, mais .
La situation est aggravée par le fait qu'une part significative de l'hélium-3 est utilisée pour la fabrication de scanners à neutrons, qui sont employés aux points de contrôle pour détecter des matériaux radioactifs. Le scanner à neutrons est un outil obligatoire dans toutes les douanes américaines depuis 2000. En raison de divers facteurs, les approvisionnements en hélium-3 aux États-Unis sont déjà contrôlés par les autorités gouvernementales, qui attribuent des quotas aux organisations publiques et privées, et les experts en TI s'inquiètent de ce qu'il va bientôt y avoir une pénurie d'hélium-3 pour tous ceux qui en ont besoin.
Quelle est la gravité de la situation
Il est opiné que la pénurie d'hélium-3 aura un impact négatif sur les développements quantiques. Blake Johnson, vice-président de la société fabricante d'ordinateurs quantiques Rigetti Computing, a déclaré dans une interview à MIT Tech Review , que le réfrigérant est incroyablement difficile à obtenir. La situation est aggravée par son coût élevé — il en coûte 40 000 dollars pour remplir une unité de réfrigération.
Mais les représentants de D-Wave, une autre start-up quantique, ne sont pas d'accord avec l'avis de Blake. Selon le vice-président de l'organisation, la fabrication d'un ordinateur quantique nécessite seulement une petite quantité d'hélium-3, qui peut être considérée comme négligeable par rapport au volume total de la substance disponible. Par conséquent, la pénurie de réfrigérant passera inaperçue pour l'industrie quantique.
De plus, d'autres méthodes d'extraction d'hélium-3, non liées au tritium, sont actuellement en développement. L'une d'elles est l'extraction de l'isotope du gaz naturel. D'abord, il subit une profonde condensation à basse température, puis passe par des processus de séparation et de rectification (séparation des impuretés gazeuses). Auparavant, cette approche était considérée comme économiquement non viable, mais avec l'avancement des technologies, la situation a changé. L'année dernière, on a annoncé ses projets de commencer l'extraction d'hélium-3 .
Plusieurs pays planifient l'extraction d'hélium-3 sur la Lune. Sa couche de surface contient jusqu'à (tableau 2) de cette substance. Selon les estimations des scientifiques, les ressources dureront cinq mille ans. La NASA a déjà commencé à créer , qui transforment en hélium-3. Le développement de l'infrastructure terrestre et lunaire correspondante est saisi par et Mais sa mise en œuvre pratique ne pourra pas se faire avant 2030.
Une autre façon de prévenir la pénurie d'hélium-3 consiste à trouver un remplacement pour sa production dans les scanners à neutrons. À propos, cela en 2018 — cela concerne les cristaux de sulfure de zinc et de fluorure de lithium-6. Ils permettent de détecter des matériaux radioactifs avec une précision supérieure à 90%.
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D'autres problèmes « quantiques »
Outre la pénurie d'hélium, il existe d'autres difficultés qui entravent le développement des ordinateurs quantiques. La première est le manque de composants matériels. Dans le monde, il y a encore peu de grandes entreprises consacrées à la conception des « composants » pour les machines quantiques. Parfois, les entreprises doivent attendre qu'un système de refroidissement soit fabriqué, .
Un certain nombre de pays essaient de résoudre le problème par le biais de programmes gouvernementaux. De telles initiatives ont déjà été lancées aux États-Unis et en Europe. Par exemple, récemment aux Pays-Bas, avec le soutien du ministère de l'Économie, l'entreprise Delft Circuits a été mise en place. Elle se consacre à la production de composants pour les systèmes de calcul quantique.
Une autre difficulté est le manque de spécialistes. La demande pour eux augmente, mais il n'est pas si facile de les trouver. Selon le NYT, il y a moins d'un millier d'« ingénieurs quantiques » expérimentés dans le monde. Les principaux universités techniques s'attaquent à ce problème. Par exemple, au MIT, les premiers programmes de formation pour des spécialistes en travaux avec des machines quantiques ont déjà été lancés. Le développement des programmes académiques correspondants par l'Initiative Nationale Quantique américaine.
En général, les experts en informatique sont convaincus que les problèmes auxquels sont confrontés les créateurs d'ordinateurs quantiques sont tout à fait surmontables. Et on peut s'attendre à de nouvelles percées technologiques dans ce domaine à l'avenir.
De quoi nous parlons dans le premier blog sur l'IaaS d'entreprise :
Source : habr.com
