Mēs runājam par priekšnosacījumiem un sniedzam ekspertu atzinumus.
/ foto CC BY-ND
Kāpēc kvantu datoros ir nepieciešams hēlijs?
Pirms pāriet uz stāstu par hēlija trūkuma situāciju, parunāsim par to, kāpēc kvantu datoriem vispār ir nepieciešams hēlijs.
Kvantu mašīnas darbojas ar kubitiem. Tie, atšķirībā no klasiskajiem bitiem, var vienlaikus atrasties stāvokļos 0 un 1 – superpozīcijā. Skaitļošanas sistēmā kvantu paralēlisma fenomens rodas, ja darbības tiek veiktas vienlaikus ar nulli un vienu. Šī funkcija ļauj uz kubitiem balstītām mašīnām dažas problēmas atrisināt ātrāk nekā klasiskajiem datoriem, piemēram, simulēt molekulārās un ķīmiskās reakcijas.
Taču pastāv problēma: kubiti ir trausli objekti, un tie spēj saglabāt superpozīcijas tikai dažas nanosekundes. To izjauc pat nelielas temperatūras svārstības, t.s . Lai izvairītos no kubitu iznīcināšanas, kvantu datori zemā temperatūrā - 10 mK (-273,14°C). Lai sasniegtu temperatūru tuvu absolūtai nullei, uzņēmumi izmanto šķidro hēliju vai, precīzāk, izotopu , kas tik ekstremālos apstākļos nesacietē.
Kāda ir problēma
Tuvākajā nākotnē IT nozare var saskarties ar hēlija-3 trūkumu kvantu datoru izstrādei. Uz Zemes šī viela praktiski nekad nav atrodama tās dabiskajā formā - tās tilpums atrodas planētas atmosfērā (1,37 ppm attiecībā pret hēliju-4). Hēlijs-3 ir tritija sabrukšanas produkts, kura ražošanā (ASV tika slēgts pēdējais smagā ūdens kodolreaktors). Pēc tam tritiju sāka iegūt no nojauktu kodolieroču sastāvdaļām, bet Pēc ASV Kongresa pētniecības dienesta domām, šī iniciatīva būtiski nepalielināja stratēģiskās vielas krājumus. Krievijai un ASV ir dažas rezerves, bet .
Situāciju pasliktina fakts, ka diezgan ievērojama daļa no hēlija-3 tiek tērēta neitronu skeneru ražošanai, ko izmanto robežkontroles punktos radioaktīvo materiālu meklēšanai. Neitronu skeneris ir bijis obligāts rīks visās ASV muitas iestādēs kopš 2000. gada. Vairāku šo faktoru dēļ hēlija-3 piegādi ASV jau kontrolē valdības aģentūras, kas izsniedz kvotas valsts un privātajām organizācijām, un IT eksperti uztraucas, ka drīzumā hēlija-3 nepietiks visiem.
Cik slikti tas ir?
Tiek uzskatīts, ka hēlija-3 trūkums negatīvi ietekmēs kvantu attīstību. Bleiks Džonsons, kvantu datoru ražotāja Rigetti Computing viceprezidents, intervijā MIT Tech Review šo aukstumaģentu ir neticami grūti iegūt. Problēmas saasina augstās izmaksas — vienas saldēšanas iekārtas uzpildīšana maksā 40 XNUMX USD.
Bet pārstāvji no D-Wave, cita kvantu starta, nepiekrīt Bleika viedoklim. Autors Organizācijas viceprezidents, viena kvantu datora ražošanai nepieciešams tikai neliels daudzums hēlija-3, ko var saukt par nenozīmīgu, salīdzinot ar kopējo pieejamo vielas apjomu. Tāpēc dzesēšanas šķidruma trūkums kvantu nozarei būs neredzams.
Turklāt šodien tiek izstrādātas citas metodes hēlija-3 ekstrakcijai, kas neietver tritiju. Viens no tiem ir izotopu ieguve no dabasgāzes. Pirmkārt, tas tiek pakļauts dziļai kondensācijai zemā temperatūrā, un pēc tam notiek atdalīšanas un rektifikācijas procesi (gāzes piemaisījumu atdalīšana). Iepriekš šāda pieeja tika uzskatīta par ekonomiski neizdevīgu, taču līdz ar tehnoloģiju attīstību situācija ir mainījusies. Pagājušajā gadā par viņa plāniem sākt hēlija-3 ražošanu .
Vairākas valstis plāno iegūt hēliju-3 uz Mēness. Tās virsmas slānis satur līdz (2. tabula). Zinātnieki lēš, ka resursam pietiks piecus tūkstošus gadu. NASA jau ir sākusi veidot ka pārstrādāt uz hēliju-3. Tiek veikta atbilstošās zemes un mēness infrastruktūras attīstība и . Taču praksē to nebūs iespējams ieviest līdz 2030. gadam.
Vēl viens veids, kā novērst hēlija-3 trūkumu, ir atrast tam aizstājēju neitronu skeneru ražošanā. Starp citu, viņa 2018. gadā - tas kļuva par cinka sulfīda un litija-6 fluorīda kristāliem. Tie ļauj reģistrēt radioaktīvos materiālus ar precizitāti, kas pārsniedz 90%.
/ foto CC BY-ND
Citas "kvantu" problēmas
Papildus hēlija trūkumam ir arī citas grūtības, kas kavē kvantu datoru attīstību. Pirmais ir aparatūras komponentu trūkums. Pasaulē joprojām ir maz lielu uzņēmumu, kas izstrādā kvantu mašīnu “pildījumu”. Dažkārt uzņēmumiem ir jāgaida, līdz tiek ražota dzesēšanas sistēma, .
Vairākas valstis mēģina atrisināt problēmu, izmantojot valdības programmas. Šādas iniciatīvas jau ir uzsāktas ASV un Eiropā. Piemēram, pavisam nesen Nīderlandē ar Ekonomikas ministrijas atbalstu sāka darboties Delft Circuits. Tas ražo komponentus kvantu skaitļošanas sistēmām.
Vēl viena grūtība ir speciālistu trūkums. Pieprasījums pēc tiem aug, taču atrast nav nemaz tik vienkārši. Autors NYT, pasaulē ir ne vairāk kā tūkstotis pieredzējušu “kvantu inženieru”. Vadošās tehniskās universitātes risina problēmu. Piemēram, jau MIT pirmās programmas speciālistu sagatavošanai darbā ar kvantu mašīnām. Attiecīgu akadēmisko programmu izstrāde un Amerikas Nacionālajā kvantu iniciatīvā.
Kopumā IT eksperti ir pārliecināti, ka problēmas, ar kurām saskaras kvantu datoru radītāji, ir pilnībā pārvaramas. Un nākotnē mēs varam sagaidīt jaunus tehnoloģiskus sasniegumus šajā jomā.
Par ko mēs rakstām pirmajā emuārā par uzņēmumu IaaS:
Avots: www.habr.com