Kami berbicara tentang prasyarat dan memberikan pendapat ahli.
/ foto CC BY-ND
Mengapa helium dibutuhkan dalam komputer kuantum?
Sebelum beralih ke cerita tentang situasi kekurangan helium, mari kita bahas mengapa komputer kuantum membutuhkan helium.
Mesin kuantum beroperasi pada qubit. Mereka, tidak seperti bit klasik, dapat berada di status 0 dan 1 secara bersamaan - dalam superposisi. Dalam sistem komputasi, fenomena paralelisme kuantum terjadi ketika operasi dilakukan secara bersamaan dengan nol dan satu. Fitur ini memungkinkan mesin berbasis qubit menyelesaikan beberapa masalah lebih cepat dibandingkan komputer klasik, seperti simulasi reaksi molekuler dan kimia.
Namun ada masalah: qubit adalah objek yang rapuh dan hanya dapat mempertahankan superposisi selama beberapa nanodetik. Hal ini terganggu bahkan oleh sedikit fluktuasi suhu; yang disebut . Untuk menghindari kehancuran qubit, komputer kuantum pada suhu rendah - 10 mK (-273,14Β°C). Untuk mencapai suhu mendekati nol mutlak, perusahaan menggunakan helium cair, atau lebih tepatnya, isotop , yang tidak mengeras dalam kondisi ekstrim seperti itu.
Apa masalahnya
Dalam waktu dekat, industri TI mungkin menghadapi kekurangan helium-3 untuk pengembangan komputer kuantum. Di Bumi, zat ini praktis tidak pernah ditemukan dalam bentuk alaminya - volumenya berada di atmosfer planet (1,37 ppm relatif terhadap helium-4). Helium-3 adalah produk peluruhan tritium, yang produksinya (reaktor nuklir air berat terakhir ditutup di AS). Setelah itu, tritium mulai diekstraksi dari komponen senjata nuklir yang dinonaktifkan, namun Menurut Layanan Penelitian Kongres AS, inisiatif ini tidak meningkatkan persediaan bahan strategis secara signifikan. Rusia dan AS memiliki sejumlah cadangan, namun .
Situasi ini diperburuk oleh fakta bahwa sebagian besar helium-3 dihabiskan untuk produksi pemindai neutron yang digunakan di pos pemeriksaan perbatasan untuk mencari bahan radioaktif. Pemindai neutron telah menjadi alat wajib di semua kantor bea cukai AS sejak tahun 2000. Karena sejumlah faktor ini, pasokan helium-3 di Amerika Serikat sudah dikendalikan oleh lembaga pemerintah yang memberikan kuota kepada organisasi publik dan swasta, dan para pakar TI khawatir bahwa tidak akan ada cukup helium-3 untuk semua orang.
Seberapa buruk?
Kekurangan helium-3 diyakini akan berdampak negatif pada perkembangan kuantum. Blake Johnson, wakil presiden produsen komputer kuantum Rigetti Computing, dalam sebuah wawancara dengan MIT Tech Review zat pendingin itu sangat sulit diperoleh. Masalah ini diperburuk oleh biayanya yang tinggiβbiayanya $40 untuk mengisi satu unit pendingin.
Namun perwakilan dari D-Wave, startup kuantum lainnya, tidak setuju dengan pendapat Blake. Oleh Wakil Presiden organisasi tersebut, produksi satu komputer kuantum hanya membutuhkan sejumlah kecil helium-3, yang bisa disebut tidak signifikan dibandingkan dengan total volume materi yang tersedia. Oleh karena itu, kekurangan zat pendingin tidak akan terlihat oleh industri kuantum.
Ditambah lagi, metode lain untuk mengekstraksi helium-3 yang tidak melibatkan tritium sedang dikembangkan saat ini. Salah satunya adalah ekstraksi isotop dari gas alam. Pertama, mengalami kondensasi dalam pada suhu rendah, kemudian melalui proses pemisahan dan rektifikasi (pemisahan pengotor gas). Sebelumnya, pendekatan ini dianggap tidak layak secara ekonomi, namun seiring berkembangnya teknologi, situasinya telah berubah. Tahun lalu tentang rencananya untuk mulai memproduksi helium-3 .
Sejumlah negara berencana menambang helium-3 di Bulan. Lapisan permukaannya berisi hingga (Tabel 2) zat ini. Para ilmuwan memperkirakan sumber daya tersebut akan bertahan selama lima ribu tahun. NASA sudah mulai membuat daur ulang itu menjadi helium-3. Pembangunan infrastruktur terestrial dan bulan terkait sedang dilakukan ΠΈ . Namun hal ini tidak mungkin diterapkan dalam praktik hingga tahun 2030.
Cara lain untuk mencegah kekurangan helium-3 adalah dengan mencari penggantinya dalam produksi pemindai neutron. Ngomong-ngomong, dia pada tahun 2018 - menjadi kristal seng sulfida dan litium-6 fluorida. Mereka memungkinkan untuk mendaftarkan bahan radioaktif dengan akurasi melebihi 90%.
/ foto CC BY-ND
Masalah "kuantum" lainnya
Selain kekurangan helium, ada kesulitan lain yang menghambat pengembangan komputer kuantum. Yang pertama adalah kurangnya komponen perangkat keras. Masih sedikit perusahaan besar di dunia yang mengembangkan βpengisianβ untuk mesin kuantum. Terkadang perusahaan harus menunggu sampai sistem pendingin diproduksi, .
Sejumlah negara berupaya menyelesaikan permasalahan tersebut melalui program pemerintah. Inisiatif serupa telah diluncurkan di Amerika dan Eropa. Misalnya, baru-baru ini di Belanda, dengan dukungan Kementerian Perekonomian, Sirkuit Delft mulai beroperasi. Ini menghasilkan komponen untuk sistem komputasi kuantum.
Kesulitan lainnya adalah kurangnya tenaga spesialis. Permintaan terhadap mereka terus meningkat, tetapi menemukannya tidaklah mudah. Oleh NYT, tidak ada lebih dari seribu βinsinyur kuantumβ berpengalaman di dunia. Universitas teknik terkemuka sedang memecahkan masalah ini. Misalnya saja di MIT program pertama untuk melatih spesialis dalam bekerja dengan mesin kuantum. Pengembangan program akademik yang relevan dan dalam Inisiatif Kuantum Nasional Amerika.
Secara umum, pakar TI yakin bahwa masalah yang dihadapi pencipta komputer kuantum dapat diatasi sepenuhnya. Dan di masa depan kita bisa mengharapkan terobosan teknologi baru di bidang ini.
Apa yang kami tulis di blog pertama tentang IaaS perusahaan:
Sumber: www.habr.com