Megbeszéljük az előfeltételeket és szakértői véleményt adunk.
/ fotó CC BY-ND
Miért van szükség héliumra a kvantumszámítógépekben?
Mielőtt rátérnénk a héliumhiány helyzetének történetére, beszéljünk arról, hogy a kvantumszámítógépeknek miért van szükségük héliumra.
A kvantumgépek qubiteken működnek. A klasszikus bitekkel ellentétben egyszerre lehetnek 0 és 1 állapotban - szuperpozícióban. Egy számítástechnikai rendszerben a kvantumpárhuzamosság jelensége akkor fordul elő, ha a műveleteket egyidejűleg nullával és eggyel hajtják végre. Ez a funkció lehetővé teszi a qubit-alapú gépek számára, hogy bizonyos problémákat gyorsabban oldjanak meg, mint a klasszikus számítógépek, például molekuláris és kémiai reakciókat szimulálnak.
De van egy probléma: a qubitek törékeny tárgyak, és csak néhány nanomásodpercig képesek szuperpozíciót fenntartani. Már enyhe hőmérséklet-ingadozás is megzavarja, az ún . A qubit pusztulás elkerülése érdekében kvantumszámítógépek alacsony hőmérsékleten - 10 mK (-273,14 °C). Az abszolút nullához közeli hőmérséklet eléréséhez a vállalatok folyékony héliumot, pontosabban egy izotópot használnak , ami ilyen extrém körülmények között sem keményedik meg.
Mi a probléma
A közeljövőben az IT-ipar hélium-3 hiányával szembesülhet a kvantumszámítógépek fejlesztéséhez. A Földön ez az anyag gyakorlatilag soha nem található meg természetes formájában - térfogata a bolygó légkörében van (1,37 ppm a hélium-4-hez viszonyítva). A hélium-3 a trícium bomlásterméke, amelynek termelése (az USA-ban bezárták az utolsó nehézvizes atomreaktort). Ezt követően a tríciumot a leszerelt nukleáris fegyverek alkatrészeiből kezdték kivonni, de Az Egyesült Államok Kongresszusi Kutatószolgálata szerint ez a kezdeményezés nem növelte jelentősen a stratégiai anyag készleteit. Oroszországnak és az USA-nak vannak tartalékai, de .
A helyzetet súlyosbítja, hogy a hélium-3 meglehetősen jelentős részét a határellenőrzési pontokon radioaktív anyagok felkutatására használt neutronszkennerek gyártására fordítják. A neutronszkenner 2000 óta minden amerikai vámhivatal kötelező eszköze. Számos ilyen tényező miatt az Egyesült Államokban a hélium-3-ellátást már a kormányzati szervek ellenőrzik, amelyek kvótákat bocsátanak ki állami és magánszervezetek számára, és az informatikai szakértők attól tartanak, hogy hamarosan nem lesz elegendő hélium-3 mindenkinek.
Milyen rossz ez
Úgy gondolják, hogy a hélium-3 hiánya negatív hatással lesz a kvantumfejlődésre. Blake Johnson, a kvantumszámítógépeket gyártó Rigetti Computing alelnöke az MIT Tech Review-nak adott interjújában hogy a hűtőközeget hihetetlenül nehéz beszerezni. A problémákat súlyosbítja a magas költségek – egy hűtőegység feltöltése 40 XNUMX dollárba kerül.
A D-Wave, egy másik kvantum startup képviselői azonban nem értenek egyet Blake véleményével. Által A szervezet alelnöke, egy kvantumszámítógép előállításához csekély mennyiségű hélium-3 szükséges, ami a teljes rendelkezésre álló anyagmennyiséghez képest jelentéktelennek nevezhető. Ezért a hűtőközeg hiánya láthatatlan lesz a kvantumipar számára.
Ráadásul manapság más, tríciumot nem igénylő hélium-3 kinyerési módszereket fejlesztenek ki. Az egyik ilyen az izotóp kinyerése a földgázból. Először alacsony hőmérsékleten mély kondenzáción megy keresztül, majd az elválasztási és rektifikációs folyamatokon (gázszennyeződések elválasztása) megy keresztül. Korábban ezt a megközelítést gazdaságilag megvalósíthatatlannak tartották, de a technológia fejlődésével a helyzet megváltozott. Tavaly a hélium-3 gyártás megkezdésének terveiről .
Számos ország tervezi hélium-3 bányászatát a Holdon. Felületi rétege legfeljebb (2. táblázat). A tudósok becslése szerint az erőforrás ötezer évig fog tartani. A NASA már megkezdte az alkotást hogy újrahasznosítsák hélium-3-ra. A megfelelő földi és holdi infrastruktúra fejlesztése folyamatban van и . A gyakorlati megvalósítás azonban csak 2030-ig lesz lehetséges.
A hélium-3 hiányának megelőzésének másik módja, ha a neutronszkennerek gyártásában találunk helyette. Mellesleg őt 2018-ban - cink-szulfid és lítium-6-fluorid kristályai lettek. Lehetővé teszik a radioaktív anyagok 90%-ot meghaladó pontosságú regisztrálását.
/ fotó CC BY-ND
Egyéb "kvantum" problémák
A héliumhiány mellett más nehézségek is hátráltatják a kvantumszámítógépek fejlesztését. Az első a hardverelemek hiánya. A világon még mindig kevés nagyvállalat fejleszti a kvantumgépek „töltését”. Néha a cégeknek meg kell várniuk a hűtőrendszer gyártásáig, .
Számos ország kormányzati programokon keresztül próbálja megoldani a problémát. Ilyen kezdeményezések már indultak az Egyesült Államokban és Európában. Hollandiában például nemrég kezdte meg működését a Delft Circuits a Gazdasági Minisztérium támogatásával. Kvantumszámítógép-rendszerekhez gyárt alkatrészeket.
További nehézség a szakemberhiány. Egyre nő a kereslet irántuk, de megtalálni nem olyan egyszerű. Által NYT, nincs több ezer tapasztalt „kvantummérnök”-nél a világon. A vezető műszaki egyetemek megoldják a problémát. Például az MIT-nél már az első programok a kvantumgépekkel való munkavégzés szakembereinek képzésére. Releváns akadémiai programok kidolgozása és az Amerikai Nemzeti Kvantum Kezdeményezésben.
Általánosságban elmondható, hogy az informatikai szakemberek meg vannak győződve arról, hogy a kvantumszámítógépek alkotói előtt álló problémák teljesen leküzdhetők. A jövőben pedig új technológiai áttörésekre számíthatunk ezen a területen.
Amiről az IaaS vállalati első blogban írunk:
Forrás: will.com