Falamos dos requisitos previos e ofrecemos opinións de expertos.
/ foto CC BY ND
Por que é necesario o helio nas computadoras cuánticas?
Antes de pasar á historia da situación de escaseza de helio, imos falar sobre por que as computadoras cuánticas necesitan helio en primeiro lugar.
As máquinas cuánticas funcionan en qubits. Eles, a diferenza dos bits clásicos, poden estar nos estados 0 e 1 ao mesmo tempo, nunha superposición. Nun sistema informático, o fenómeno do paralelismo cuántico prodúcese cando se realizan operacións simultáneamente con cero e un. Esta característica permite que as máquinas baseadas en qubits resolvan algúns problemas máis rápido que as computadoras clásicas, como a simulación de reaccións moleculares e químicas.
Pero hai un problema: os qubits son obxectos fráxiles e só poden manter a superposición durante uns poucos nanosegundos. É perturbado incluso por unha lixeira fluctuación de temperatura; . Para evitar a destrución de qubits, ordenadores cuánticos a baixas temperaturas - 10 mK (-273,14 ° C). Para acadar temperaturas próximas ao cero absoluto, as empresas utilizan helio líquido, ou máis precisamente, un isótopo , que non se endurece en condicións tan extremas.
Cal é o problema
Nun futuro próximo, a industria das TI pode enfrontarse a unha escaseza de helio-3 para o desenvolvemento de computadoras cuánticas. Na Terra, esta substancia practicamente nunca se atopa na súa forma natural: o seu volume está na atmosfera do planeta (1,37 ppm en relación ao helio-4). O helio-3 é un produto de descomposición do tritio, cuxa produción (o último reactor nuclear de auga pesada foi pechado en EE. Despois, comezou a extraerse tritio de compoñentes de armas nucleares desmanteladas, pero Segundo o Servizo de Investigación do Congreso dos Estados Unidos, esta iniciativa non aumentou significativamente as reservas da substancia estratéxica. Rusia e EEUU teñen algunhas reservas, pero .
A situación vese agravada polo feito de que unha parte bastante importante do helio-3 se gasta na produción de escáneres de neutróns utilizados nos postos de control fronteirizos para buscar materiais radioactivos. O escáner de neutróns é unha ferramenta obrigatoria en todas as aduanas dos Estados Unidos desde 2000. Debido a varios destes factores, a subministración de helio-3 nos Estados Unidos xa está controlada por axencias gobernamentais que emiten cotas a organizacións públicas e privadas, e os expertos en TI temen que pronto non haxa suficiente helio-3 para todos.
Que malo está
Crese que a escaseza de helio-3 terá un impacto negativo nos desenvolvementos cuánticos. Blake Johnson, vicepresidente do fabricante de ordenadores cuánticos Rigetti Computing, nunha entrevista co MIT Tech Review ese refrixerante é incriblemente difícil de obter. Os problemas agrávanse polo seu alto custo: encher unha unidade de refrixeración custa 40 dólares.
Pero os representantes de D-Wave, outra startup cuántica, non están de acordo coa opinión de Blake. Por Vicepresidente da organización, a produción dunha computadora cuántica require só unha pequena cantidade de helio-3, que se pode chamar insignificante en comparación co volume total dispoñible da substancia. Polo tanto, a escaseza de refrixerante será invisible para a industria cuántica.
Ademais, hoxe están a desenvolverse outros métodos para extraer helio-3 que non implican tritio. Un deles é a extracción do isótopo do gas natural. En primeiro lugar, sofre unha condensación profunda a baixas temperaturas, e despois pasa polos procesos de separación e rectificación (separación de impurezas do gas). Anteriormente, este enfoque considerábase inviable economicamente, pero co desenvolvemento da tecnoloxía a situación cambiou. O ano pasado sobre os seus plans para comezar a producir helio-3 .
Varios países están facendo plans para extraer helio-3 na Lúa. A súa capa superficial contén ata (Táboa 2) desta substancia. Os científicos estiman que o recurso durará cinco mil anos. A NASA xa comezou a crear que reciclan ao helio-3. Estase a levar a cabo o desenvolvemento da correspondente infraestrutura terrestre e lunar и . Pero non será posible implementala na práctica ata 2030.
Outra forma de evitar a escaseza de helio-3 é atopar un substituto para el na produción de escáneres de neutróns. Por certo, ela en 2018 - converteuse en cristais de sulfuro de cinc e fluoruro de litio-6. Permiten rexistrar materiais radioactivos cunha precisión superior ao 90%.
/ foto CC BY ND
Outros problemas "cuánticos".
Ademais da escaseza de helio, hai outras dificultades que están a dificultar o desenvolvemento das computadoras cuánticas. O primeiro é a falta de compoñentes de hardware. Aínda hai poucas grandes empresas no mundo que desenvolven o "recheo" para máquinas cuánticas. Ás veces as empresas teñen que esperar ata que se fabrique o sistema de refrixeración, .
Varios países están tentando resolver o problema a través de programas gobernamentais. Este tipo de iniciativas xa se puxeron en marcha en Estados Unidos e Europa. Por exemplo, recentemente nos Países Baixos, co apoio do Ministerio de Economía, comezou a funcionar Delft Circuits. Produce compoñentes para sistemas de computación cuántica.
Outra dificultade é a falta de especialistas. A demanda deles está crecendo, pero atopalos non é tan sinxelo. Por NYT, non hai máis de mil "enxeñeiros cuánticos" experimentados no mundo. As principais universidades técnicas están a resolver o problema. Por exemplo, no MIT xa os primeiros programas de formación de especialistas no traballo con máquinas cuánticas. Desenvolvemento de programas académicos relevantes e na American National Quantum Initiative.
En xeral, os expertos en TI están convencidos de que os problemas aos que se enfrontan os creadores das computadoras cuánticas son completamente superables. E no futuro podemos esperar novos avances tecnolóxicos neste ámbito.
Sobre o que escribimos no primeiro blog sobre IaaS empresarial:
Fonte: www.habr.com