हीलियम की कमी क्वांटम कंप्यूटर के विकास को धीमा कर सकती है - हम स्थिति पर चर्चा करते हैं

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/ तस्वीर आईबीएम रिसर्च सीसी द्वारा एनडी

क्वांटम कंप्यूटर में हीलियम की आवश्यकता क्यों है?

हीलियम की कमी की स्थिति की कहानी पर आगे बढ़ने से पहले, आइए इस बारे में बात करें कि क्वांटम कंप्यूटरों को सबसे पहले हीलियम की आवश्यकता क्यों है।

क्वांटम मशीनें क्वैबिट पर काम करती हैं। वे, शास्त्रीय बिट्स के विपरीत, एक ही समय में 0 और 1 स्थिति में हो सकते हैं - एक सुपरपोज़िशन में। एक कंप्यूटिंग प्रणाली में, क्वांटम समानता की घटना तब घटित होती है जब संचालन शून्य और एक के साथ एक साथ किया जाता है। यह सुविधा क्वबिट-आधारित मशीनों को शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में कुछ समस्याओं को तेजी से हल करने की अनुमति देती है, जैसे आणविक और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अनुकरण करना।

लेकिन एक समस्या है: क्यूबिट नाजुक वस्तुएं हैं और वे केवल कुछ नैनोसेकंड के लिए सुपरपोजिशन बनाए रख सकते हैं। तापमान में मामूली उतार-चढ़ाव से भी यह बाधित हो जाता है; तथाकथित असम्बद्धता. क्वबिट विनाश से बचने के लिए, क्वांटम कंप्यूटर कार्य करना है कम तापमान पर - 10 mK (-273,14°C)। पूर्ण शून्य के करीब तापमान प्राप्त करने के लिए, कंपनियां तरल हीलियम, या अधिक सटीक रूप से, एक आइसोटोप का उपयोग करती हैं हीलियम -3, जो ऐसी विषम परिस्थितियों में कठोर नहीं होता है।

क्या दिक्कत है

निकट भविष्य में आईटी उद्योग को क्वांटम कंप्यूटर के विकास के लिए हीलियम-3 की कमी का सामना करना पड़ सकता है। पृथ्वी पर, यह पदार्थ व्यावहारिक रूप से कभी भी अपने प्राकृतिक रूप में नहीं पाया जाता है - इसकी मात्रा ग्रह के वायुमंडल में है केवल 0,000137% है (हीलियम-1,37 के सापेक्ष 4 पीपीएम)। हीलियम-3 ट्रिटियम का क्षय उत्पाद है, जिसका उत्पादन होता है 1988 में बंद हो गया (अंतिम भारी जल परमाणु रिएक्टर संयुक्त राज्य अमेरिका में बंद कर दिया गया था)। बाद में, निष्क्रिय परमाणु हथियारों के घटकों से ट्रिटियम निकाला जाने लगा, लेकिन के अनुसार अमेरिकी कांग्रेसनल रिसर्च सर्विस के अनुसार, इस पहल से रणनीतिक पदार्थ के भंडार में उल्लेखनीय वृद्धि नहीं हुई। रूस और अमेरिका के पास कुछ भंडार हैं, लेकिन वे ख़त्म हो रहे हैं.

स्थिति इस तथ्य से बढ़ गई है कि हीलियम -3 का एक बड़ा हिस्सा रेडियोधर्मी सामग्रियों की खोज के लिए सीमा चौकियों पर उपयोग किए जाने वाले न्यूट्रॉन स्कैनर के उत्पादन पर खर्च किया जाता है। न्यूट्रॉन स्कैनर 2000 से सभी अमेरिकी सीमा शुल्क कार्यालयों में एक अनिवार्य उपकरण रहा है। इन कई कारकों के कारण, संयुक्त राज्य अमेरिका में हीलियम-3 की आपूर्ति पहले से ही सरकारी एजेंसियों द्वारा नियंत्रित की जाती है जो सार्वजनिक और निजी संगठनों को कोटा जारी करती हैं, और आईटी विशेषज्ञों को चिंता है कि जल्द ही सभी के लिए पर्याप्त हीलियम-3 नहीं होगा।

यह कितना बुरा है?

ऐसा माना जाता है कि हीलियम-3 की कमी से क्वांटम विकास पर नकारात्मक प्रभाव पड़ेगा। एमआईटी टेक रिव्यू के साथ एक साक्षात्कार में क्वांटम कंप्यूटर निर्माता रिगेटी कंप्यूटिंग के उपाध्यक्ष ब्लेक जॉनसन बतायाउस रेफ्रिजरेंट को प्राप्त करना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। इसकी उच्च लागत के कारण समस्याएँ और भी बढ़ गई हैं - एक प्रशीतन इकाई को भरने में $40 का खर्च आता है।

लेकिन एक अन्य क्वांटम स्टार्टअप डी-वेव के प्रतिनिधि ब्लेक की राय से असहमत हैं। द्वारा के अनुसार संगठन के उपाध्यक्ष, एक क्वांटम कंप्यूटर के उत्पादन के लिए केवल थोड़ी मात्रा में हीलियम-3 की आवश्यकता होती है, जिसे पदार्थ की कुल उपलब्ध मात्रा की तुलना में नगण्य कहा जा सकता है। इसलिए, रेफ्रिजरेंट की कमी क्वांटम उद्योग के लिए अदृश्य होगी।

साथ ही, हीलियम-3 निकालने की अन्य विधियाँ जिनमें ट्रिटियम शामिल नहीं है, आज विकसित की जा रही हैं। उनमें से एक प्राकृतिक गैस से आइसोटोप का निष्कर्षण है। सबसे पहले, यह कम तापमान पर गहरे संघनन से गुजरता है, और फिर पृथक्करण और सुधार (गैस अशुद्धियों को अलग करना) की प्रक्रियाओं से गुजरता है। पहले, इस दृष्टिकोण को आर्थिक रूप से अक्षम्य माना जाता था, लेकिन प्रौद्योगिकी के विकास के साथ स्थिति बदल गई है। पिछले साल हीलियम-3 का उत्पादन शुरू करने की उनकी योजना के बारे में गज़प्रॉम ने कहा.

कई देश चंद्रमा पर हीलियम-3 का खनन करने की योजना बना रहे हैं। इसकी सतह परत में तक होता है 2,5 मिलियन टन (तालिका 2) इस पदार्थ की। वैज्ञानिकों का अनुमान है कि यह संसाधन पाँच हज़ार वर्षों तक चलेगा। नासा ने पहले ही निर्माण शुरू कर दिया है स्थापना परियोजनाएँवह रीसायकल रेगोलिथ हीलियम-3 को. संबंधित स्थलीय और चंद्र बुनियादी ढांचे का विकास किया जा रहा है भारत и चीन. लेकिन 2030 तक इसे व्यवहार में लागू करना संभव नहीं होगा.

हीलियम-3 की कमी को रोकने का दूसरा तरीका न्यूट्रॉन स्कैनर के उत्पादन में इसका विकल्प ढूंढना है। वैसे, उसे पहले ही पता चल चुका है 2018 में - यह जिंक सल्फाइड और लिथियम-6 फ्लोराइड के क्रिस्टल बन गए। वे 90% से अधिक सटीकता के साथ रेडियोधर्मी सामग्रियों को पंजीकृत करना संभव बनाते हैं।

/ तस्वीर आईबीएम रिसर्च सीसी द्वारा एनडी

अन्य "क्वांटम" समस्याएँ

हीलियम की कमी के अलावा, अन्य कठिनाइयाँ भी हैं जो क्वांटम कंप्यूटर के विकास में बाधा बन रही हैं। पहला हार्डवेयर घटकों की कमी है. दुनिया में अभी भी कुछ बड़े उद्यम क्वांटम मशीनों के लिए "फिलिंग" विकसित कर रहे हैं। कभी-कभी कंपनियों को शीतलन प्रणाली के निर्माण तक प्रतीक्षा करनी पड़ती है, एक साल से भी अधिक.

कई देश सरकारी कार्यक्रमों के माध्यम से समस्या का समाधान करने का प्रयास कर रहे हैं। ऐसी पहल अमेरिका और यूरोप में पहले ही शुरू की जा चुकी है। उदाहरण के लिए, अभी हाल ही में नीदरलैंड में, अर्थशास्त्र मंत्रालय के सहयोग से, डेल्फ़्ट सर्किट का संचालन शुरू हुआ। यह क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम के लिए घटकों का उत्पादन करता है।

एक और कठिनाई विशेषज्ञों की कमी है. इनकी मांग बढ़ रही है, लेकिन इन्हें ढूंढना इतना आसान नहीं है। द्वारा के अनुसार NYT, दुनिया में एक हजार से अधिक अनुभवी "क्वांटम इंजीनियर" नहीं हैं। अग्रणी तकनीकी विश्वविद्यालय समस्या का समाधान कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, एमआईटी में पहले से ही बनाने क्वांटम मशीनों के साथ काम करने में विशेषज्ञों के प्रशिक्षण के लिए पहला कार्यक्रम। प्रासंगिक शैक्षणिक कार्यक्रमों का विकास लगे हुए हैं और अमेरिकन नेशनल क्वांटम इनिशिएटिव में।

सामान्य तौर पर, आईटी विशेषज्ञ आश्वस्त हैं कि क्वांटम कंप्यूटर के रचनाकारों के सामने आने वाली समस्याएं पूरी तरह से दूर करने योग्य हैं। और भविष्य में हम इस क्षेत्र में नई तकनीकी सफलताओं की उम्मीद कर सकते हैं।

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स्रोत: www.habr.com