Kalbame apie būtinas sąlygas ir pateikiame ekspertų nuomones.
/ nuotrauka CC BY-ND
Kodėl kvantiniuose kompiuteriuose reikalingas helis?
Prieš pereidami prie istorijos apie helio trūkumą, pakalbėkime apie tai, kodėl kvantiniams kompiuteriams pirmiausia reikia helio.
Kvantinės mašinos veikia kubitais. Jie, skirtingai nei klasikiniai bitai, vienu metu gali būti 0 ir 1 būsenose – superpozicijoje. Skaičiavimo sistemoje kvantinio lygiagretumo reiškinys atsiranda, kai operacijos atliekamos vienu metu su nuliu ir vienu. Ši funkcija leidžia kubito pagrindu veikiančioms mašinoms greičiau nei klasikiniai kompiuteriai išspręsti kai kurias problemas, pavyzdžiui, imituoti molekulines ir chemines reakcijas.
Tačiau yra problema: kubitai yra trapūs objektai ir gali išlaikyti superpoziciją tik kelias nanosekundes. Ją trikdo net nedidelis temperatūros svyravimas, vadinamasis . Siekiant išvengti kubitų sunaikinimo, kvantiniai kompiuteriai esant žemai temperatūrai - 10 mK (-273,14°C). Kad pasiektų temperatūrą, artimą absoliučiam nuliui, įmonės naudoja skystąjį helią, tiksliau – izotopą , kuri tokiomis ekstremaliomis sąlygomis nesukietėja.
Kokia problema
Netolimoje ateityje IT pramonė gali susidurti su helio-3 trūkumu kvantinių kompiuterių kūrimui. Žemėje šios medžiagos natūralios formos praktiškai niekada nerandama - jos tūris yra planetos atmosferoje (1,37 ppm helio-4 atžvilgiu). Helis-3 yra tričio skilimo produktas, kurio gamyba (JAV uždarytas paskutinis sunkiojo vandens branduolinis reaktorius). Vėliau tritis buvo pradėtas išgauti iš nebenaudojamų branduolinių ginklų komponentų, bet JAV Kongreso tyrimų tarnybos teigimu, ši iniciatyva strateginės medžiagos atsargų gerokai nepadidino. Rusija ir JAV turi tam tikrų rezervų, bet .
Situaciją apsunkina tai, kad gana nemaža dalis helio-3 išleidžiama pasienio kontrolės punktuose radioaktyviųjų medžiagų paieškai naudojamų neutronų skaitytuvų gamybai. Neutronų skaitytuvas buvo privalomas įrankis visose JAV muitinės įstaigose nuo 2000 m. Dėl daugelio šių veiksnių helio-3 tiekimą Jungtinėse Valstijose jau kontroliuoja vyriausybinės agentūros, išduodančios kvotas valstybinėms ir privačioms organizacijoms, o IT ekspertai nerimauja, kad helio-3 greitai neužteks visiems.
Kaip blogai?
Manoma, kad helio-3 trūkumas turės neigiamos įtakos kvantiniam vystymuisi. Blake'as Johnsonas, kvantinių kompiuterių gamintojo „Rigetti Computing“ viceprezidentas, interviu „MIT Tech Review“ to šaltnešio neįtikėtinai sunku gauti. Problemas apsunkina didelė jo kaina – užpildyti vieną šaldymo įrenginį kainuoja 40 tūkstančių dolerių.
Tačiau D-Wave, kito kvantinio startuolio, atstovai nesutinka su Blake'o nuomone. Autorius Organizacijos viceprezidentas, vieno kvantinio kompiuterio gamybai reikia tik nedidelio kiekio helio-3, kurį galima pavadinti nereikšmingu, palyginti su visu turimu medžiagos kiekiu. Todėl šaltnešio trūkumas kvantinei pramonei bus nepastebimas.
Be to, šiandien kuriami kiti helio-3 išgavimo metodai, kuriuose nėra tričio. Vienas iš jų – izotopo išgavimas iš gamtinių dujų. Pirma, žemoje temperatūroje giliai kondensuojasi, o po to vyksta atskyrimo ir rektifikavimo (dujų priemaišų atskyrimo) procesai. Anksčiau toks požiūris buvo laikomas ekonomiškai neįgyvendinamu, tačiau tobulėjant technologijoms situacija pasikeitė. Praėjusiais metais apie jo planus pradėti gaminti helio-3 .
Daugelis šalių planuoja Mėnulyje išgauti helio-3. Jo paviršiniame sluoksnyje yra iki (2 lentelė). Mokslininkai skaičiuoja, kad ištekliaus užteks penkiems tūkstančiams metų. NASA jau pradėjo kurti kad perdirbti iki helio-3. Vykdoma atitinkamos antžeminės ir mėnulio infrastruktūros plėtra и . Tačiau praktiškai tai nebus įmanoma įgyvendinti iki 2030 m.
Kitas būdas išvengti helio-3 trūkumo – rasti jo pakaitalą neutronų skaitytuvų gamyboje. Beje, ji 2018 metais – tapo cinko sulfido ir ličio-6 fluorido kristalais. Jie leidžia registruoti radioaktyviąsias medžiagas, kurių tikslumas viršija 90%.
/ nuotrauka CC BY-ND
Kitos „kvantinės“ problemos
Be helio trūkumo, yra ir kitų sunkumų, trukdančių kurti kvantinius kompiuterius. Pirmasis yra techninės įrangos komponentų trūkumas. Pasaulyje vis dar yra nedaug didelių įmonių, kuriančių kvantinių mašinų „užpildą“. Kartais įmonės turi palaukti, kol bus pagaminta aušinimo sistema, .
Nemažai šalių bando išspręsti problemą per vyriausybės programas. Tokios iniciatyvos jau buvo pradėtos JAV ir Europoje. Pavyzdžiui, visai neseniai Olandijoje, remiant Ekonomikos ministerijai, pradėjo veikti „Delft Circuits“. Ji gamina komponentus kvantinėms skaičiavimo sistemoms.
Kitas sunkumas – specialistų trūkumas. Jų paklausa auga, tačiau rasti nėra taip paprasta. Autorius NYT, pasaulyje yra ne daugiau kaip tūkstantis patyrusių „kvantinių inžinierių“. Pirmaujantys technikos universitetai sprendžia problemą. Pavyzdžiui, jau MIT pirmosios programos, skirtos specialistų rengimui dirbti su kvantinėmis mašinomis. Atitinkamų akademinių programų rengimas ir Amerikos nacionalinėje kvantinėje iniciatyvoje.
Apskritai IT ekspertai įsitikinę, kad problemos, su kuriomis susiduria kvantinių kompiuterių kūrėjai, yra visiškai įveikiamos. O ateityje šioje srityje galime tikėtis naujų technologinių proveržių.
Apie ką rašome pirmajame tinklaraštyje apie įmonę IaaS:
Šaltinis: www.habr.com