Beszélünk a feltételekről és bemutatjuk a szakértők véleményét.
/ фото CC BY-ND
Miért szükséges a hélium a kvantumszámítógépekhez
Mielőtt áttérnénk a hírekre a héliumhiányról, beszéljünk arról, hogy miért van egyáltalán szükség a kvantumszámítógépekhez héliumra.
A kvantummasinák kubitekkel dolgoznak. Ezek, ellentétben a klasszikus bitekkel, egyszerre lehetnek 0 és 1 állapotokban — szuperpozícióban. A számítási rendszerben kvantum párhuzamosság lép fel, amikor a műveletek egyidejűleg zajlanak a nullával és az egyessel. Ez a jelenség lehetővé teszi a kubitekkel rendelkező gépek számára, hogy bizonyos feladatokat gyorsabban oldjanak meg, mint a klasszikus számítógépek — például molekuláris és kémiai reakciók modellezésekor.
De itt van egy probléma: a kubitek törékeny objektumok, és a szuperpozíciót csak néhány nanoszekundumig tudják fenntartani. Még egy kis hőmérséklet-ingadozás is megszakítja azt, ez a úgynevezett . A kubitek megsemmisülésének elkerülése érdekében a kvantumszámítógépeknek , 10 mK (–273,14°C) körüli hőmérsékleten. Az abszolút nullához közeli hőmérsékletek elérésére a cégek folyékony héliumot használnak, pontosabban a , amely nem szilárdul meg ilyen szélsőséges körülmények között.
Mi a probléma
A közeljövőben az IT-ipar hélium-3 hiánnyal nézhet szembe a kvantumszámítógépek fejlesztéséhez. A Földön ez az anyag szinte nem fordul elő természetes formában — az atmoszférájában lévő mennyisége (1,37 része millióhoz a hélium-4-hez képest). A hélium-3 a trítium bomlásterméke, amelynek gyártását (az Egyesült Államokban bezárták az utolsó nehézvíz-reaktort). A trítiumot ezután selejtezett atomfegyverek alkotóelemeiből kezdték el nyerni, de a Amerikai Kongresszus Kutatószolgálata szerint ez a kezdeményezés nem tette lehetővé jelentős mennyiségű stratégiai anyag készletének növelését. Oroszországnak és az Egyesült Államoknak van némi készlete belőle, de .
A helyzetet súlyosbítja, hogy a hélium-3 jelentős része neutronos szkennerek gyártására megy, amelyeket a határpontokon használnak radioaktív anyagok keresésére. A neutronos szkenner 2000 óta kötelező eszköz minden amerikai vámhatáron. Számos tényező miatt az Egyesült Államokban a hélium-3 szállítmányok már állami szervek által ellenőrizve vannak, amelyek kvótákat adnak ki állami és magán szervezetek számára, és az IT-szakértők aggódnak, hogy hamarosan minden hélium-3-ra vágyó elégtelenség léphet fel.
Mennyire rossz a helyzet?
Egyes vélemények szerint a hélium-3 hiánya negatívan befolyásolja a kvantumfejlesztéseket. Blake Johnson, a Rigetti Computing kvantumszámítógép-gyártó cég alelnöke a MIT Tech Review-nak adott interjújában , hogy a hűtőközeg hihetetlenül nehezen beszerezhető. A problémát súlyosbítja a magas ára - egy hűtőberendezés feltöltése 40 ezer dollárt emészt fel.
A D-Wave, egy másik kvantum-startup képviselői azonban nem értenek egyet Blake véleményével. Szerintük az alelnök szerint egy kvantumszámítógép gyártásához csupán kis mennyiségű hélium-3 szükséges, amely az összes rendelkezésre álló mennyiséghez képest elhanyagolható. Ezért a hűtőközeg hiánya a kvantumipar számára szinte észrevétlen marad.
Plusz, ma már más hélium-3 nyerési módszerek is kidolgozás alatt állnak, amelyek nem kapcsolódnak a trítiomhoz. Az egyik ilyen módszer a hélium izotópának nyerése földgázból. Először mély kondenzáción megy keresztül alacsony hőmérsékleten, majd szennyező gázok elválasztásán és tisztításán (szekréció és rektifikálás) esik át. Korábban ezt a megközelítést gazdaságilag nem volt érdemes megvalósítani, de a technológiák fejlődésével a helyzet megváltozott. Tavaly a "Gazprom" bejelentette, hogy tervezi a hélium-3 nyerését .
Több ország tervez hélium-3 kitermelést a Holdon. A felszíni rétegében akár (2. táblázat) is lehet. A tudósok becslése szerint ez az erőforrás öt évezredre elegendő. A NASA már elkezdte , amelyek alakítanak hélium-3-á. A megfelelő földi és holdi infrastruktúra kidolgozásán és dolgozik. De ténylegesen 2030 előtt nem valósulhat meg.
Egy másik módja a hélium-3 hiányának megelőzésére az, hogy helyettesítőt találunk a neutronos szkennerek gyártásához. Érdekesség, hogy ezt már 2018-ban — ezek a cink-szulfid és a lítium-fluorid-6 kristályok. Ezek lehetővé teszik a radioaktív anyagok 90%-ot meghaladó pontossággal történő észlelését.
/ фото CC BY-ND
Egyéb „kvantum” problémák
A héliumhiány mellett más nehézségek is akadályozzák a kvantumszámítógépek fejlődését. Az első a hardver elem hiánya. A világon még mindig kevés nagy vállalat foglalkozik a kvantumgépek „alkatrészeinek” fejlesztésével. Néha a cégeknek várakozniuk kell, amíg elkészül a hűtőrendszer, .
Számos ország próbálja megoldani a problémát állami programok révén. Ilyen kezdeményezések már elindultak az Egyesült Államokban és Európában. Például nemrégiben Hollandiában, a Gazdasági Minisztérium támogatásával, elindult a Delft Circuits. Ez a cég kvantumszámítástechnikai rendszerekhez gyárt alkatrészeket.
Még egy nehézség — a szakemberek hiánya. A kereslet ugyanis növekszik, de nem olyan egyszerű őket megtalálni. A NYT szerint a világban nem több ezer tapasztalt „kvantum mérnök” van. A vezető műszaki egyetemek próbálják megoldani a problémát. Például a MIT már az első programokat a kvantumgépekkel való munkára szakosodott szakemberek képzésére. A megfelelő akadémiai programok kidolgozása a National Quantum Initiative keretében az Egyesült Államokban is zajlik.
Összességében az IT-szakértők meg vannak győződve arról, hogy a kvantumszámítógépek fejlesztőit érő problémák teljes mértékben leküzdhetők. A jövőben új technológiai áttörések várhatók ezen a területen.
Miről írunk az első IaaS vállalati blogunkban:
Forrás: habr.com
