Біз алғышарттар туралы айтып, сараптамалық қорытындыларды береміз.
/ фото CC BY-ND
Неліктен гелий кванттық компьютерлерге қажет?
Гелий тапшылығы жағдайының тарихына көшпес бұрын, кванттық компьютерлерге гелийдің не үшін қажет екендігі туралы сөйлесейік.
Кванттық машиналар кубиттерде жұмыс істейді. Олар классикалық разрядтарға қарағанда бір уақытта 0 және 1 күйінде – суперпозицияда болуы мүмкін. Есептеу жүйесінде кванттық параллелизм құбылысы операциялар нөлмен және бірмен бір мезгілде орындалғанда пайда болады. Бұл мүмкіндік кубит негізіндегі машиналарға молекулалық және химиялық реакцияларды модельдеу сияқты классикалық компьютерлерге қарағанда кейбір мәселелерді тезірек шешуге мүмкіндік береді.
Бірақ мәселе бар: кубиттер нәзік нысандар және олар суперпозицияны бірнеше наносекундқа ғана сақтай алады. Ол тіпті шамалы температура ауытқуымен бұзылады; деп аталатын . Кубиттің жойылуын болдырмау үшін кванттық компьютерлер төмен температурада - 10 мК (-273,14°С). Абсолютті нөлге жақын температураға жету үшін компаниялар сұйық гелийді, дәлірек айтқанда, изотопты пайдаланады. , ол мұндай төтенше жағдайларда қатып қалмайды.
Мәселе неде
Жақын арада IT саласы кванттық компьютерлерді жасау үшін гелий-3 тапшылығына тап болуы мүмкін. Жерде бұл зат іс жүзінде ешқашан табиғи түрде табылмайды - оның көлемі планетаның атмосферасында (гелий-1,37-ке қатысты 4 ppm). Гелий-3 - тритийдің ыдырау өнімі, оны өндіру (АҚШ-та соңғы ауыр су ядролық реакторы жабылды). Кейіннен тритий жойылған ядролық қарудың құрамдас бөліктерінен алына бастады, бірақ АҚШ Конгресінің зерттеу қызметінің хабарлауынша, бұл бастама стратегиялық заттың қорын айтарлықтай арттыра алмады. Ресей мен АҚШ-тың кейбір резервтері бар, бірақ .
Гелий-3-тің айтарлықтай маңызды бөлігі шекаралық бақылау бекеттерінде радиоактивті материалдарды іздеу үшін қолданылатын нейтрондық сканерлерді өндіруге жұмсалатындығы жағдайды қиындатады. Нейтрон сканері 2000 жылдан бері АҚШ-тың барлық кеден кеңселерінде міндетті құрал болып табылады. Осы факторлардың бірқатарына байланысты Америка Құрама Штаттарында гелий-3 жеткізілімі қазірдің өзінде мемлекеттік және жеке ұйымдарға квота беретін мемлекеттік органдармен бақыланады және IT мамандары жақында барлығына гелий-3 жеткіліксіз болады деп алаңдайды.
Қандай жаман
Гелий-3 тапшылығы кванттық өзгерістерге теріс әсер етеді деп саналады. Блейк Джонсон, кванттық компьютер өндірушісі Rigetti Computing компаниясының вице-президенті, MIT Tech Review-ге берген сұхбатында бұл салқындатқышты алу өте қиын. Мәселелер оның жоғары құнымен қиындайды - бір тоңазытқыш қондырғысын толтыру үшін 40 XNUMX доллар тұрады.
Бірақ басқа кванттық стартап D-Wave өкілдері Блейктің пікірімен келіспейді. Авторы Ұйымның вице-президенті, бір кванттық компьютерді өндіру үшін гелий-3-тің аз ғана мөлшері қажет, оны заттың жалпы қол жетімді көлемімен салыстырғанда шамалы деп атауға болады. Сондықтан хладагент тапшылығы кванттық индустрияға көрінбейтін болады.
Сонымен қатар, бүгінде тритийді қоспайтын гелий-3 алудың басқа әдістері әзірленуде. Солардың бірі – табиғи газдан изотопты алу. Біріншіден, төмен температурада терең конденсациядан өтеді, содан кейін бөлу және ректификация (газ қоспаларын бөлу) процестерінен өтеді. Бұрын бұл тәсіл экономикалық тұрғыдан тиімсіз деп саналды, бірақ технологияның дамуымен жағдай өзгерді. Өткен жылы оның гелий-3 өндіруді бастау жоспары туралы .
Бірқатар елдер Айда гелий-3 өндіруді жоспарлап отыр. Оның беткі қабаты дейін қамтиды (2-кесте) осы заттың. Ғалымдар бұл ресурс бес мың жылға жетеді деп есептейді. NASA қазірдің өзінде құруды бастады сол қайта өңдеу гелий-3. Сәйкес жер үсті және ай инфрақұрылымын дамыту жұмыстары жүргізілуде и . Бірақ оны іс жүзінде 2030 жылға дейін жүзеге асыру мүмкін емес.
Гелий-3 тапшылығын болдырмаудың тағы бір жолы - нейтрондық сканерлердің өндірісінде оның орнын басатын затты табу. Айтпақшы, ол 2018 жылы - ол мырыш сульфидінің және литий-6 фторидінің кристалдарына айналды. Олар радиоактивті материалдарды 90%-дан асатын дәлдікпен тіркеуге мүмкіндік береді.
/ фото CC BY-ND
Басқа «кванттық» мәселелер
Гелий тапшылығынан басқа, кванттық компьютерлердің дамуына кедергі келтіретін басқа да қиындықтар бар. Біріншісі - аппараттық құрамдастардың болмауы. Әлемде кванттық машиналарға арналған «толтырғышты» әзірлейтін ірі кәсіпорындар әлі де аз. Кейде компаниялар салқындату жүйесі жасалғанша күтуге тура келеді, .
Бірқатар елдер мәселені мемлекеттік бағдарламалар арқылы шешуге тырысуда. Мұндай бастамалар қазірдің өзінде АҚШ пен Еуропада қолға алынған. Мысалы, жуырда ғана Нидерландыда Экономика министрлігінің қолдауымен Delft Circuits жұмыс істей бастады. Ол кванттық есептеу жүйелері үшін құрамдастарды шығарады.
Тағы бір қиындық – мамандардың жетіспеушілігі. Оларға сұраныс артып келеді, бірақ оларды табу оңай емес. Авторы NYT, әлемде мыңнан астам тәжірибелі «кванттық инженерлер» жоқ. Алдыңғы қатарлы техникалық университеттер мәселені шешуде. Мысалы, қазірдің өзінде MIT-де кванттық машиналармен жұмыс істейтін мамандарды дайындаудың алғашқы бағдарламалары. Сәйкес академиялық бағдарламаларды әзірлеу және американдық ұлттық кванттық бастамада.
Жалпы алғанда, IT мамандары кванттық компьютерлерді жасаушылардың алдында тұрған проблемаларды толығымен жеңуге болатынына сенімді. Ал болашақта бұл салада жаңа технологиялық серпілістерді күтуге болады.
IaaS кәсіпорны туралы бірінші блогта біз не жазамыз:
Ақпарат көзі: www.habr.com