헬륨 부족으로 인해 양자 컴퓨터의 개발 속도가 느려질 수 있습니다. 상황에 대해 논의합니다.

전제조건에 대해 이야기하고 전문가의 의견을 제시합니다.

/ 사진 IBM 연구 CC의 BY-ND

양자 컴퓨터에 헬륨이 필요한 이유는 무엇입니까?

헬륨 부족 상황에 대한 이야기로 넘어가기 전에, 애초에 양자컴퓨터에 헬륨이 왜 필요한지부터 이야기해보자.

양자 기계는 큐비트에서 작동합니다. 기존 비트와 달리 상태 0과 1이 동시에 중첩될 수 있습니다. 컴퓨팅 시스템에서는 XNUMX과 XNUMX이 동시에 연산을 수행할 때 양자 병렬성 현상이 발생한다. 이 기능을 사용하면 큐비트 기반 기계가 분자 및 화학 반응 시뮬레이션과 같은 일부 문제를 기존 컴퓨터보다 더 빠르게 해결할 수 있습니다.

그러나 문제가 있습니다. 큐비트는 깨지기 쉬운 물체이며 몇 나노초 동안만 중첩을 유지할 수 있습니다. 약간의 온도 변화에도 방해를 받습니다. 결맞음. 큐비트 파괴를 피하기 위해 양자 컴퓨터 일해야 저온 - 10mK(-273,14°C). 절대 영도에 가까운 온도를 달성하기 위해 기업은 액체 헬륨, 더 정확하게는 동위원소를 사용합니다. 헬륨-3, 이러한 극한 조건에서도 굳지 않습니다.

무엇이 문제인가?

가까운 미래에 IT 업계는 양자 컴퓨터 개발을 위한 헬륨-3 부족에 직면할 수도 있습니다. 지구상에서는 이 물질이 자연 상태로는 거의 발견되지 않습니다. 그 양은 행성 대기에 있습니다. 0,000137%에 불과하다 (헬륨-1,37 대비 4ppm). 헬륨-3은 삼중수소의 붕괴 생성물이며, 그 생산은 다음과 같습니다. 1988년에 멈춤 (미국의 마지막 중수 원자로는 폐쇄되었습니다). 이후 폐기된 핵무기의 부품에서 삼중수소가 추출되기 시작했지만, 에 따르면 미국 의회 조사국에 따르면, 이 계획은 전략적 물질의 비축량을 크게 늘리지 못했습니다. 러시아와 미국은 약간의 비축량을 보유하고 있지만 그들은 종말을 맞이하고 있다.

방사성 물질을 검색하기 위해 국경 검문소에서 사용되는 중성자 스캐너 생산에 헬륨 -3의 상당 부분이 소비된다는 사실로 인해 상황이 더욱 악화됩니다. 중성자 스캐너는 2000년부터 모든 미국 세관의 필수 도구였습니다. 이러한 여러 요인으로 인해 미국의 헬륨-3 공급은 공공 및 민간 조직에 할당량을 부여하는 정부 기관에 의해 이미 통제되고 있으며, IT 전문가들은 머지않아 모든 사람에게 헬륨-3가 충분하지 않을 것이라고 우려하고 있습니다.

얼마나 나빠?

헬륨-3의 부족은 양자 개발에 부정적인 영향을 미칠 것으로 믿어집니다. MIT Tech Review와의 인터뷰에서 양자 컴퓨터 제조업체 Rigetti Computing의 부사장 Blake Johnson 이야기그 냉매는 구하기가 엄청나게 어렵습니다. 문제는 높은 비용으로 인해 더욱 악화됩니다. 냉장 장치 하나를 채우는 데 40달러가 소요됩니다.

그러나 또 다른 양자 스타트업인 D-Wave의 대표자들은 Blake의 의견에 동의하지 않습니다. 에 의해 ~에 따르면 조직의 부사장인 양자 컴퓨터 한 대를 생산하려면 소량의 헬륨-3만 필요하며, 이는 물질의 총 사용 가능한 양에 비해 미미하다고 할 수 있습니다. 따라서 냉매 부족은 양자 산업에서는 눈에 띄지 않을 것입니다.

또한 삼중수소를 포함하지 않는 다른 헬륨-3 추출 방법이 오늘날 개발되고 있습니다. 그 중 하나는 천연가스에서 동위원소를 추출하는 것입니다. 먼저 저온에서 심층 응축을 거친 후 분리정류(가스 불순물 분리) 과정을 거친다. 이전에는 이러한 접근 방식이 경제적으로 타당하지 않다고 여겨졌으나 기술이 발전하면서 상황이 바뀌었습니다. 작년에 헬륨-3 생산을 시작할 계획에 대해 가즈프롬은 밝혔다.

많은 국가들이 달에서 헬륨-3을 채굴할 계획을 세우고 있습니다. 표면층에는 최대 2,5 백만 톤 (표 2) 이 물질의. 과학자들은 그 자원이 XNUMX년 동안 지속될 것으로 추정합니다. NASA는 이미 만들기 시작했습니다. 설치 프로젝트재활용하는 것 레골리스 헬륨-3으로. 이에 상응하는 지상 및 달 인프라 개발이 진행되고 있습니다. 인도 и 중국. 하지만 2030년까지는 실제로 구현하기 어려울 것으로 보인다.

헬륨-3의 부족을 방지하는 또 다른 방법은 중성자 스캐너 생산에서 헬륨-XNUMX의 대체품을 찾는 것입니다. 그런데 그녀는 이미 발견 2018년에는 황화아연과 불화리튬-6의 결정이 되었습니다. 이를 통해 90%가 넘는 정확도로 방사성 물질을 등록할 수 있습니다.

/ 사진 IBM 연구 CC의 BY-ND

기타 "양자" 문제

헬륨 부족 외에도 양자 컴퓨터의 개발을 방해하는 다른 어려움이 있습니다. 첫 번째는 하드웨어 구성 요소가 부족하다는 것입니다. 양자 기계용 "충전"을 개발하는 대기업은 아직 전 세계에 거의 없습니다. 기업에서는 냉각 시스템이 제작될 때까지 기다려야 하는 경우도 있는데, XNUMX년 이상.

많은 국가에서 정부 프로그램을 통해 문제를 해결하려고 노력하고 있습니다. 이러한 계획은 이미 미국과 유럽에서 시작되었습니다. 예를 들어, 최근 네덜란드에서는 경제부의 지원을 받아 Delft Circuits가 운영되기 시작했습니다. 양자 컴퓨팅 시스템용 부품을 생산합니다.

또 다른 어려움은 전문가가 부족하다는 점이다. 이에 대한 수요가 증가하고 있지만 찾는 것이 쉽지 않습니다. 에 의해 에 따르면 NYT에 따르면 전 세계적으로 경험이 풍부한 '양자 엔지니어'는 천 명도 채 되지 않습니다. 주요 기술 대학이 문제를 해결하고 있습니다. 예를 들어, 이미 MIT에서는 창조하다 양자 기계 작업 전문가 교육을 위한 첫 번째 프로그램입니다. 관련 학술 프로그램 개발 종사하다 그리고 미국 국립 양자 이니셔티브(American National Quantum Initiative)에서도 마찬가지입니다.

일반적으로 IT 전문가들은 양자 컴퓨터 개발자가 직면한 문제는 완전히 극복 가능하다고 확신합니다. 그리고 앞으로 우리는 이 분야에서 새로운 기술적 혁신을 기대할 수 있습니다.

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출처 : habr.com