Razgovaramo o preduvjetima i dajemo stručna mišljenja.
/ fotografija CC BY-ND
Zašto je helij potreban u kvantnim računalima?
Prije nego prijeđemo na priču o situaciji s nedostatkom helija, razgovarajmo o tome zašto je kvantnim računalima uopće potreban helij.
Kvantni strojevi rade na kubitima. Oni, za razliku od klasičnih bitova, mogu istovremeno biti u stanjima 0 i 1 – u superpoziciji. U računalnim sustavima, fenomen kvantnog paralelizma javlja se kada se operacije izvode istovremeno s nulom i jedinicom. Ova značajka omogućuje strojevima koji se temelje na qubitu rješavanje nekih problema brže od klasičnih računala, poput simuliranja molekularnih i kemijskih reakcija.
Ali postoji problem: kubiti su krhki objekti i mogu održati superpoziciju samo nekoliko nanosekundi. Poremeti ga čak i mala kolebanja temperature; tzv . Kako bi se izbjeglo uništenje kubita, kvantna računala na niskim temperaturama - 10 mK (-273,14°C). Za postizanje temperatura blizu apsolutne nule tvrtke koriste tekući helij, točnije izotop , koji se ne stvrdnjava u tako ekstremnim uvjetima.
U čemu je problem
U bliskoj budućnosti IT industrija bi se mogla suočiti s nedostatkom helija-3 za razvoj kvantnih računala. Na Zemlji se ova tvar praktički nikada ne nalazi u svom prirodnom obliku - njen volumen je u atmosferi planeta (1,37 ppm u odnosu na helij-4). Helij-3 je produkt raspadanja tricija čija proizvodnja (posljednji nuklearni reaktor na tešku vodu zatvoren je u SAD-u). Nakon toga, tricij se počeo izdvajati iz komponenti rashodovanog nuklearnog oružja, ali Prema Istraživačkoj službi američkog Kongresa, ova inicijativa nije značajno povećala zalihe strateške tvari. Rusija i SAD imaju neke rezerve, ali .
Situacija je pogoršana činjenicom da se prilično značajan dio helija-3 troši na proizvodnju neutronskih skenera koji se koriste na graničnim prijelazima za traženje radioaktivnih materijala. Neutronski skener obavezan je alat na svim američkim carinarnicama od 2000. godine. Zbog niza ovih čimbenika, opskrbu helijem-3 u Sjedinjenim Državama već kontroliraju vladine agencije koje izdaju kvote javnim i privatnim organizacijama, a IT stručnjaci brinu se da uskoro neće biti dovoljno helija-3 za sve.
Koliko je loše?
Vjeruje se da će nedostatak helija-3 imati negativan utjecaj na kvantni razvoj. Blake Johnson, potpredsjednik proizvođača kvantnih računala Rigetti Computing, u intervjuu za MIT Tech Review to rashladno sredstvo je nevjerojatno teško nabaviti. Problemi su pogoršani njegovom visokom cijenom - punjenje jedne rashladne jedinice košta 40 XNUMX USD.
Ali predstavnici D-Wavea, još jednog kvantnog startupa, ne slažu se s Blakeovim mišljenjem. Po Potpredsjednik organizacije, proizvodnja jednog kvantnog računala zahtijeva samo malu količinu helija-3, što se može nazvati beznačajnim u usporedbi s ukupnim dostupnim volumenom tvari. Stoga će nedostatak rashladnog sredstva biti nevidljiv kvantnoj industriji.
Osim toga, danas se razvijaju druge metode za ekstrakciju helija-3 koje ne uključuju tricij. Jedan od njih je ekstrakcija izotopa iz prirodnog plina. Prvo se podvrgava dubokoj kondenzaciji na niskim temperaturama, a zatim prolazi kroz procese separacije i rektifikacije (odvajanje plinskih nečistoća). Prethodno se ovaj pristup smatrao ekonomski neizvodljivim, ali s razvojem tehnologije situacija se promijenila. Prošle godine o svojim planovima za početak proizvodnje helija-3 .
Brojne zemlje planiraju iskopavati helij-3 na Mjesecu. Njegov površinski sloj sadrži do (Tablica 2) ove tvari. Znanstvenici procjenjuju da će resurs trajati pet tisuća godina. NASA je već počela stvarati koji recikliraju na helij-3. Provodi se razvoj odgovarajuće zemaljske i lunarne infrastrukture и . Ali to neće biti moguće primijeniti u praksi do 2030.
Drugi način da se spriječi nedostatak helija-3 je pronaći zamjenu za njega u proizvodnji neutronskih skenera. Usput, nju 2018. - postali su kristali cink sulfida i litij-6 fluorida. Omogućuju registraciju radioaktivnih materijala s točnošću većom od 90%.
/ fotografija CC BY-ND
Ostali "kvantni" problemi
Osim nedostatka helija, postoje i druge poteškoće koje koče razvoj kvantnih računala. Prvi je nedostatak hardverskih komponenti. Još uvijek postoji nekoliko velikih poduzeća u svijetu koja razvijaju "punjenje" za kvantne strojeve. Ponekad tvrtke moraju čekati dok se rashladni sustav ne proizvede, .
Brojne zemlje pokušavaju riješiti problem putem državnih programa. Takve su inicijative već pokrenute u SAD-u i Europi. Na primjer, nedavno su u Nizozemskoj, uz potporu Ministarstva gospodarstva, počeli s radom Delft Circuits. Proizvodi komponente za kvantne računalne sustave.
Još jedna poteškoća je nedostatak stručnjaka. Potražnja za njima raste, ali pronaći ih nije tako lako. Po NYT, na svijetu nema više od tisuću iskusnih “kvantnih inženjera”. Vodeća tehnička sveučilišta rješavaju problem. Na primjer, već na MIT-u prvi programi za obuku stručnjaka za rad s kvantnim strojevima. Razvoj relevantnih akademskih programa i u američkoj Nacionalnoj kvantnoj inicijativi.
Općenito, IT stručnjaci uvjereni su da su problemi s kojima se suočavaju kreatori kvantnih računala potpuno premostivi. A u budućnosti možemo očekivati nove tehnološke pomake na ovom području.
O čemu pišemo u prvom blogu o poslovnom IaaS-u:
Izvor: www.habr.com