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Perché è necessario l’elio nei computer quantistici?
Prima di passare alla storia della situazione della carenza di elio, parliamo in primo luogo del motivo per cui i computer quantistici hanno bisogno dell’elio.
Le macchine quantistiche funzionano su qubit. A differenza dei bit classici, possono trovarsi contemporaneamente negli stati 0 e 1, in sovrapposizione. In un sistema informatico, il fenomeno del parallelismo quantistico si verifica quando le operazioni vengono eseguite simultaneamente con zero e uno. Questa funzionalità consente alle macchine basate su qubit di risolvere alcuni problemi più velocemente dei computer classici, come la simulazione di reazioni molecolari e chimiche.
Ma c’è un problema: i qubit sono oggetti fragili e possono mantenere la sovrapposizione solo per pochi nanosecondi. Viene disturbato anche da una leggera variazione di temperatura; il cosiddetto . Per evitare la distruzione dei qubit, i computer quantistici a basse temperature - 10 mK (-273,14°C). Per raggiungere temperature vicine allo zero assoluto, le aziende utilizzano l’elio liquido o, più precisamente, un isotopo , che non si indurisce in condizioni così estreme.
Qual è il problema?
Nel prossimo futuro, il settore IT potrebbe trovarsi ad affrontare una carenza di elio-3 per lo sviluppo di computer quantistici. Sulla Terra, questa sostanza non si trova praticamente mai nella sua forma naturale: il suo volume si trova nell'atmosfera del pianeta (1,37 ppm rispetto all'elio-4). L'elio-3 è un prodotto di decadimento del trizio, la cui produzione (l'ultimo reattore nucleare ad acqua pesante è stato chiuso negli USA). Successivamente, il trizio iniziò ad essere estratto dai componenti delle armi nucleari dismesse, ma Secondo il Congressional Research Service degli Stati Uniti, questa iniziativa non ha aumentato in modo significativo le scorte della sostanza strategica. La Russia e gli Stati Uniti hanno alcune riserve, ma .
La situazione è aggravata dal fatto che una parte abbastanza significativa dell'elio-3 viene spesa per la produzione di scanner di neutroni utilizzati ai posti di frontiera per la ricerca di materiali radioattivi. Lo scanner di neutroni è uno strumento obbligatorio in tutti gli uffici doganali statunitensi dal 2000. A causa di una serie di questi fattori, la fornitura di elio-3 negli Stati Uniti è già controllata da agenzie governative che assegnano quote a organizzazioni pubbliche e private, e gli esperti IT temono che presto non ci sarà abbastanza elio-3 per tutti.
Quanto è cattivo?
Si ritiene che una carenza di elio-3 avrà un impatto negativo sugli sviluppi quantistici. Blake Johnson, vicepresidente del produttore di computer quantistici Rigetti Computing, in un'intervista con MIT Tech Review quel refrigerante è incredibilmente difficile da ottenere. I problemi sono aggravati dal suo costo elevato: riempire un’unità di refrigerazione costa 40 dollari.
Ma i rappresentanti di D-Wave, un'altra startup quantistica, non sono d'accordo con l'opinione di Blake. Di Vicepresidente dell'organizzazione, la produzione di un computer quantistico richiede solo una piccola quantità di elio-3, che può essere definita insignificante rispetto al volume totale disponibile della sostanza. Pertanto, la carenza di refrigerante sarà invisibile all’industria quantistica.
Inoltre, oggi si stanno sviluppando altri metodi per estrarre l’elio-3 che non coinvolgono il trizio. Uno di questi è l'estrazione dell'isotopo dal gas naturale. Innanzitutto subisce una profonda condensazione a basse temperature, quindi passa attraverso i processi di separazione e rettifica (separazione delle impurità del gas). In precedenza, questo approccio era considerato economicamente irrealizzabile, ma con lo sviluppo della tecnologia la situazione è cambiata. L'anno scorso sui suoi piani per iniziare a produrre elio-3 .
Numerosi paesi stanno progettando di estrarre l’elio-3 sulla Luna. Il suo strato superficiale contiene fino a (Tabella 2) di questa sostanza. Gli scienziati stimano che la risorsa durerà cinquemila anni. La NASA ha già iniziato a creare che riciclare all'elio-3. È in corso lo sviluppo della corrispondente infrastruttura terrestre e lunare и . Ma non sarà possibile metterlo in pratica prima del 2030.
Un altro modo per evitare una carenza di elio-3 è trovarne un sostituto nella produzione di scanner di neutroni. A proposito, lei nel 2018 - sono diventati cristalli di solfuro di zinco e fluoruro di litio-6. 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. Il primo è la mancanza di componenti hardware. Sono ancora poche le grandi imprese al mondo che sviluppano il “riempimento” per le macchine quantistiche. A volte le aziende devono aspettare fino alla produzione del sistema di raffreddamento, .
Diversi paesi stanno cercando di risolvere il problema attraverso programmi governativi. Tali iniziative sono già state lanciate negli Stati Uniti e in Europa. Ad esempio, proprio di recente nei Paesi Bassi, con il sostegno del Ministero dell’Economia, i circuiti di Delft hanno iniziato ad operare. Produce componenti per sistemi di calcolo quantistico.
Un'altra difficoltà è la mancanza di specialisti. La domanda per loro è in crescita, ma trovarli non è così facile. Di NYT, non ci sono più di mille “ingegneri quantistici” esperti nel mondo. Le principali università tecniche stanno risolvendo il problema. Ad esempio, già al MIT i primi programmi per la formazione di specialisti nel lavoro con le macchine quantistiche. Sviluppo di programmi accademici rilevanti e nell'American National Quantum Initiative.
In generale, gli esperti IT sono convinti che i problemi che devono affrontare i creatori di computer quantistici siano completamente superabili. E in futuro possiamo aspettarci nuove scoperte tecnologiche in questo settore.
Di cosa scriviamo nel primo blog sull'IaaS aziendale:
Fonte: habr.com