Parliamo delle condizioni preliminari e presentiamo le opinioni degli esperti.
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Perché il elio è necessario nei computer quantistici
Prima di discutere della situazione della carenza di elio, parliamo di perché i computer quantistici hanno bisogno di elio.
Le macchine quantistiche operano con qubit. A differenza dei bit classici, possono trovarsi negli stati 0 e 1 simultaneamente — in sovrapposizione. Nella sistema computazionale si verifica il fenomeno del parallelismo quantistico, quando le operazioni avvengono simultaneamente con zero e uno. Questa caratteristica consente alle macchine basate su qubit di risolvere alcune problematiche più velocemente dei computer classici — ad esempio, modellare reazioni molecolari e chimiche.
Ma qui c'è un problema: i qubit sono oggetti fragili e possono mantenere la sovrapposizione solo per pochi nanosecondi. Anche una leggera variazione di temperatura può interromperla, dando luogo alla cosiddetta Per evitare la distruzione dei qubit, i computer quantistici a temperature di -10 mK (–273,14°C). Per raggiungere temperature vicine allo zero assoluto, le aziende utilizzano elio liquido, in particolare l'isotopo , che non solidifica in tali condizioni estreme.
Qual è il problema
Nel prossimo futuro, l'industria IT potrebbe affrontare una carenza di elio-3 per lo sviluppo di computer quantistici. Sulla Terra, questa sostanza si trova praticamente in natura — il suo volume nell'atmosfera del pianeta (1,37 parti per milione rispetto all'elio-4). L'elio-3 è un prodotto del decadimento del trizio, la cui produzione (negli Stati Uniti è stata chiusa l'ultima centrale nucleare a acqua pesante). Dopo il trizio, è stato estratto da componenti di armi nucleari dismesse, ma secondo il Congressional Research Service degli Stati Uniti, questa iniziativa non ha consentito di aumentare significativamente le scorte di questa sostanza strategica. Russia e Stati Uniti hanno alcune riserve, ma .
La situazione è aggravata dal fatto che una parte significativa dell'elio-3 viene utilizzata per la produzione di scanner neutronici, impiegati ai punti di confine per la ricerca di materiali radioattivi. Lo scanner neutronico è uno strumento obbligatorio in tutte le dogane americane dal 2000. A causa di una serie di fattori, negli Stati Uniti le forniture di elio-3 sono già controllate dalle autorità governative, che assegnano le quote a organizzazioni pubbliche e private, e gli esperti IT sono preoccupati che presto ci sarà una carenza di elio-3 per tutti coloro che ne hanno bisogno.
Quanto è grave la situazione
Ci sono opinioni secondo cui la carenza di elio-3 avrà un impatto negativo sulle sviluppo quantistici. Blake Johnson, vicepresidente della società produttrice di computer quantistici Rigetti Computing, ha dichiarato in un'intervista a MIT Tech Review , che il refrigerante è incredibilmente difficile da ottenere. I problemi sono aggravati dal suo alto costo: per riempire un'unità di refrigerazione servono 40.000 dollari.
Ma rappresentanti di D-Wave, un'altra startup quantistica, non sono d'accordo con l'opinione di Blake. Secondo Nella produzione di un computer quantistico, viene utilizzata una quantità minima di elio-3, che può essere considerata trascurabile rispetto al volume totale di materia disponibile. Pertanto, la carenza di refrigerante sarà invisibile per l'industria quantistica.
Inoltre, oggi si stanno studiando altri metodi di estrazione dell'elio-3 che non siano legati al tritio. Uno di questi è l'estrazione dell'isotopo dal gas naturale. Inizialmente, viene sottoposto a una condensazione profonda a temperature basse e poi passa attraverso processi di separazione e rettificazione (separazione delle impurità gassose). In passato, questo approccio era considerato economicamente non conveniente, ma con l'avanzamento delle tecnologie, la situazione è cambiata. L'anno scorso, sono stati annunciati i piani per iniziare l'estrazione dell'elio-3 .
Diverse nazioni stanno pianificando l'estrazione dell'elio-3 dalla Luna. Nella sua superficie, si stima che ci siano fino a (tab. 2) di questa sostanza. Secondo le stime degli scienziati, le risorse basteranno per cinquemila anni. La NASA ha già iniziato a creare , che elaborano per l'elio-3. Lo sviluppo delle relative infrastrutture terrestri e lunari è affidato a e . Ma realizzarla in pratica non sarà possibile prima del 2030.
Un altro modo per prevenire la carenza di elio-3 è trovare un sostituto nella produzione di scanner a neutroni. A proposito, è nel 2018: si tratta di cristalli di solfuro di zinco e fluoruro di litio-6. Questi permettono di registrare materiali radioattivi con una precisione superiore al 90%.
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Altri problemi 'quantistici'
Oltre alla carenza di elio, ci sono altre difficoltà che ostacolano lo sviluppo dei computer quantistici. La prima è la mancanza di componenti hardware. Nel mondo ci sono ancora poche grandi aziende che si occupano dello sviluppo dell' 'hardware' per le macchine quantistiche. A volte le aziende devono aspettare che venga realizzato il sistema di raffreddamento, .
Una serie di paesi sta cercando di risolvere il problema tramite programmi statali. Tali iniziative sono già state avviate negli Stati Uniti e in Europa. Ad esempio, di recente nei Paesi Bassi, con il supporto del Ministero dell'Economia, è stato avviato Delft Circuits, un'azienda che produce componenti per sistemi di calcolo quantistico.
Un'altra difficoltà è la mancanza di specialisti. La domanda per queste figure sta crescendo, ma trovarli non è così semplice. Secondo il NYT, nel mondo ci sono meno di mille "ingegneri quantistici" esperti. I principali atenei stanno affrontando il problema. Ad esempio, al MIT sono già in corso i primi programmi di formazione per specialisti nella gestione di macchine quantistiche. Sviluppo di programmi accademici adeguati avviene In generale, gli esperti IT sono convinti che i problemi che affrontano i creatori di computer quantistici siano del tutto superabili. Ci si può aspettare in futuro nuovi progressi tecnologici in questo campo.
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Fonte: habr.com
