מחסור בהליום עלול להאט את התפתחותם של מחשבים קוונטיים - אנו דנים במצב

אנו מדברים על התנאים המוקדמים ומספקים חוות דעת מומחים.

/ תמונה מחקר של יבמ CC BY-ND

מדוע נחוץ הליום במחשבים קוונטיים?

לפני שנעבור לסיפור מצב המחסור בהליום, בואו נדבר על למה מחשבים קוונטיים צריכים הליום מלכתחילה.

מכונות קוונטיות פועלות על קיוביטים. הם, בניגוד לביטים קלאסיים, יכולים להיות במצבים 0 ו-1 בו-זמנית - בסופרפוזיציה. במערכת מחשוב, תופעת ההקבלה הקוונטית מתרחשת כאשר פעולות מבוצעות בו זמנית עם אפס ואחד. תכונה זו מאפשרת למכונות מבוססות קיוביט לפתור כמה בעיות מהר יותר ממחשבים קלאסיים, כגון הדמיית תגובות מולקולריות וכימיות.

אבל יש בעיה: קיוביטים הם אובייקטים שבירים והם יכולים לשמור על סופרפוזיציה רק ​​לכמה ננו-שניות. הוא מופרע אפילו על ידי תנודת טמפרטורה קלה; מה שנקרא דה-קוהרנטיות. כדי למנוע הרס קיוביט, מחשבים קוונטיים חייב לעבוד בטמפרטורות נמוכות - 10 mK (-273,14 מעלות צלזיוס). כדי להגיע לטמפרטורות קרובות לאפס המוחלט, חברות משתמשות בהליום נוזלי, או ליתר דיוק, איזוטופ הליום-3, שאינו מתקשה בתנאים קיצוניים שכאלה.

מה הבעיה

בעתיד הקרוב, תעשיית ה-IT עשויה להתמודד עם מחסור בהליום-3 לפיתוח מחשבים קוונטיים. על כדור הארץ, חומר זה כמעט ולא נמצא בצורתו הטבעית - נפחו נמצא באטמוספירה של כוכב הלכת הוא רק 0,000137% (1,37 ppm ביחס להליום-4). הליום-3 הוא תוצר ריקבון של טריטיום, שייצורו הפסיק ב-1988 (הכור הגרעיני האחרון של המים הכבדים נסגר בארה"ב). לאחר מכן החלו להפיק טריטיום ממרכיבים של נשק גרעיני שהוצא משימוש, אבל על פי לפי שירות המחקר של הקונגרס האמריקני, יוזמה זו לא הגדילה משמעותית את מאגר החומר האסטרטגי. לרוסיה ולארה"ב יש מעט עתודות, אבל הם מגיעים לסופם.

המצב מחמיר בשל העובדה שחלק משמעותי למדי מהליום-3 מושקע בייצור סורקי נויטרונים המשמשים במחסומי גבולות לחיפוש חומרים רדיואקטיביים. סורק הנייטרונים הוא כלי חובה בכל משרדי המכס בארה"ב מאז שנת 2000. בשל מספר גורמים אלו, אספקת ההליום-3 בארצות הברית כבר נשלטת על ידי סוכנויות ממשלתיות המנפקות מכסות לארגונים ציבוריים ופרטיים, ומומחי IT חוששים שבקרוב לא יהיה מספיק הליום-3 לכולם.

כמה זה גרוע?

מאמינים כי למחסור בהליום-3 תהיה השפעה שלילית על ההתפתחויות הקוונטיות. בלייק ג'ונסון, סגן נשיא יצרנית המחשבים הקוונטיים ריגטי מחשוב, בראיון ל-MIT Tech Review рассказалקשה להפליא להשיג את נוזל הקירור הזה. הבעיות מחמירות בגלל העלות הגבוהה שלה - זה עולה 40 דולר למלא יחידת קירור אחת.

אבל נציגים מ-D-Wave, עוד סטארט-אפ קוונטי, לא מסכימים עם דעתו של בלייק. על ידי על פי סגן נשיא הארגון, ייצור של מחשב קוונטי אחד דורש רק כמות קטנה של הליום-3, אשר ניתן לכנותו לא משמעותי בהשוואה לנפח הזמין הכולל של החומר. לכן, המחסור בקרור יהיה בלתי נראה לתעשיית הקוונטים.

בנוסף, שיטות אחרות להפקת הליום-3 שאינן כוללות טריטיום מפותחות היום. אחד מהם הוא מיצוי האיזוטופ מגז טבעי. ראשית, הוא עובר עיבוי עמוק בטמפרטורות נמוכות, ולאחר מכן עובר תהליכי הפרדה ותיקון (הפרדת זיהומי גז). בעבר, גישה זו נחשבה בלתי ישימה מבחינה כלכלית, אך עם התפתחות הטכנולוגיה המצב השתנה. בשנה שעברה על תוכניותיו להתחיל לייצר הליום-3 כך מסרה גזפרום.

מספר מדינות מתכננות לכרות הליום-3 על הירח. שכבת פני השטח שלו מכילה עד 2,5 מיליון טון (טבלה 2) של חומר זה. מדענים מעריכים שהמשאב יחזיק מעמד במשך חמשת אלפים שנה. נאס"א כבר החלה ליצור פרויקטי התקנהשממחזר ריגולית להליום-3. הפיתוח של התשתית היבשתית והירחית המקבילה מתבצע הודו и סין. אבל לא ניתן יהיה ליישם זאת בפועל עד 2030.

דרך נוספת למנוע מחסור בהליום-3 היא למצוא לו תחליף בייצור סורקי נויטרונים. אגב, היא כבר גילה בשנת 2018 - הוא הפך לגבישים של אבץ גופרתי וליתיום-6 פלואוריד. הם מאפשרים לרשום חומרים רדיואקטיביים ברמת דיוק העולה על 90%.

/ תמונה מחקר של יבמ CC BY-ND

בעיות "קוונטיות" אחרות

מלבד המחסור בהליום, ישנם קשיים נוספים הפוגעים בפיתוח מחשבים קוונטיים. הראשון הוא היעדר רכיבי חומרה. יש עדיין מעט מפעלים גדולים בעולם המפתחים את ה"מילוי" למכונות קוונטיות. לפעמים חברות צריכות לחכות עד שמערכת הקירור תיוצר, יותר משנה.

מספר מדינות מנסות לפתור את הבעיה באמצעות תוכניות ממשלתיות. יוזמות כאלה כבר הושקו בארה"ב ובאירופה. למשל, ממש לאחרונה בהולנד, בתמיכת משרד הכלכלה, החלו לפעול מעגלים של דלפט. הוא מייצר רכיבים למערכות מחשוב קוונטי.

קושי נוסף הוא היעדר מומחים. הביקוש אליהם הולך וגדל, אבל למצוא אותם לא כל כך קל. על ידי על פי NYT, אין יותר מאלף "מהנדסי קוונטים" מנוסים בעולם. אוניברסיטאות טכניות מובילות פותרות את הבעיה. למשל, כבר ב-MIT לִיצוֹר התוכניות הראשונות להכשרת מומחים לעבודה עם מכונות קוונטיות. פיתוח תכניות אקדמיות רלוונטיות מאורסים וב-American National Quantum Initiative.

באופן כללי, מומחי IT משוכנעים שהבעיות העומדות בפני יוצרי המחשבים הקוונטים ניתנות לפתרון לחלוטין. ובעתיד נוכל לצפות לפריצות דרך טכנולוגיות חדשות בתחום זה.

על מה אנחנו כותבים בבלוג הראשון על IaaS ארגוני:

• שנה בפעולה: מי נענש ועל מה במסגרת ה-GDPR
• פיתוח מרכזי נתונים: מגמות טכנולוגיות
• כיצד לשפר את היעילות האנרגטית של מרכז נתונים
• מדוע חברות משתמשות במכונות וירטואליות, לא בקונטיינרים
• איך IaaS עוזר לפתח עסקים: שלוש בעיות שהענן יפתור
• מחשוב ללא שרת בענן - טרנד מודרני או הכרח?
• כיצד לבדוק מערכת דיסקים בענן

מקור: www.habr.com