Недостигот на хелиум може да го забави развојот на квантните компјутери - разговараме за ситуацијата

Зборуваме за предусловите и даваме стручни мислења.

/ фотографија ИБМ истражување CC BY-ND

Зошто е потребен хелиум во квантните компјутери?

Пред да продолжиме со приказната за ситуацијата со недостаток на хелиум, ајде да зборуваме зошто на квантните компјутери им е потребен хелиум на прво место.

Квантните машини работат на кјубити. Тие, за разлика од класичните битови, можат да бидат во состојби 0 и 1 во исто време - во суперпозиција. Во компјутерскиот систем, феноменот на квантен паралелизам се јавува кога операциите се вршат истовремено со нула и еден. Оваа карактеристика им овозможува на машините базирани на кубити да решаваат некои проблеми побрзо од класичните компјутери, како што се симулирање на молекуларни и хемиски реакции.

Но, постои проблем: кубитите се кревки објекти и тие можат да одржуваат суперпозиција само неколку наносекунди. Тоа е нарушено дури и со мало температурно флуктуирање т.н декохерентност. За да се избегне уништување на кјубитите, квантните компјутери мора да работат на ниски температури - 10 mK (-273,14°C). За да постигнат температури блиску до апсолутна нула, компаниите користат течен хелиум или поточно изотоп хелиум-3, кој не се стврднува во такви екстремни услови.

Што е проблемот

Во блиска иднина, ИТ индустријата може да се соочи со недостиг на хелиум-3 за развој на квантни компјутери. На Земјата, оваа супстанца практично никогаш не се наоѓа во својата природна форма - нејзиниот волумен е во атмосферата на планетата е само 0,000137% (1,37 ppm во однос на хелиум-4). Хелиум-3 е производ на распаѓање на тритиум, чие производство престана во 1988 година (последниот нуклеарен реактор за тешка вода беше затворен во САД). Потоа, тритиумот почна да се извлекува од компонентите на деактивираното нуклеарно оружје, но дадени Според Службата за истражување на Конгресот на САД, оваа иницијатива не ги зголемила значително залихите на стратешката супстанција. Русија и САД имаат одредени резерви, но им доаѓа крајот.

Ситуацијата се влошува со фактот што прилично значителен дел од хелиум-3 се троши на производство на неутронски скенери кои се користат на граничните контролни пунктови за пребарување на радиоактивни материјали. Неутронскиот скенер е задолжителна алатка на сите царински испостави во САД од 2000 година. Поради голем број од овие фактори, снабдувањето со хелиум-3 во САД веќе е контролирано од владините агенции кои издаваат квоти на јавни и приватни организации, а ИТ експертите се загрижени дека наскоро нема да има доволно хелиум-3 за секого.

Колку е лошо?

Се верува дека недостигот на хелиум-3 ќе има негативно влијание врз квантните случувања. Блејк Џонсон, потпретседател на производителот на квантни компјутери Rigetti Computing, во интервју за MIT Tech Review Му рековтоа средство за ладење е неверојатно тешко да се добие. Проблемите се влошуваат со неговата висока цена - чини 40 илјади долари за полнење на една единица за ладење.

Но, претставниците на D-Wave, друга квантна стартап компанија, не се согласуваат со мислењето на Блејк. Од страна на според Потпретседател на организацијата, за производство на еден квантен компјутер потребна е само мала количина на хелиум-3, што може да се нарече незначително во споредба со вкупниот расположлив волумен на супстанцијата. Затоа, недостигот на разладно средство ќе биде невидлив за квантната индустрија.

Плус, денес се развиваат други методи за екстракција на хелиум-3 кои не вклучуваат тритиум. Еден од нив е екстракција на изотоп од природен гас. Прво, на ниски температури се подложува на длабока кондензација, а потоа поминува низ процесите на сепарација и исправување (одвојување на гасните нечистотии). Претходно, овој пристап се сметаше за економски неостварлив, но со развојот на технологијата ситуацијата се промени. Минатата година за неговите планови да започне со производство на хелиум-3 изјави Газпром.

Голем број земји прават планови за ископ на хелиум-3 на Месечината. Нејзиниот површински слој содржи до 2,5 милиони тони (Табела 2) на оваа супстанца. Научниците проценуваат дека ресурсот ќе трае пет илјади години. НАСА веќе почна да создава инсталациски проектикои рециклираат реголит до хелиум-3. Се врши развој на соодветната копнена и лунарна инфраструктура Индија и Кина. Но, нема да биде можно да се спроведе во пракса до 2030 година.

Друг начин да се спречи недостигот на хелиум-3 е да се најде замена за него во производството на неутронски скенери. Патем, таа веќе откриени во 2018 година - стана кристали на цинк сулфид и литиум-6 флуорид. Тие овозможуваат регистрирање на радиоактивни материјали со точност над 90%.

/ фотографија ИБМ истражување CC BY-ND

Други „квантни“ проблеми

Покрај недостигот на хелиум, постојат и други тешкотии кои го попречуваат развојот на квантните компјутери. Првиот е недостатокот на хардверски компоненти. Сè уште има неколку големи претпријатија во светот кои развиваат „полнење“ за квантните машини. Понекогаш компаниите треба да чекаат додека не се произведе системот за ладење, повеќе од една година.

Голем број земји се обидуваат да го решат проблемот преку владини програми. Вакви иницијативи веќе се покренати во САД и Европа. На пример, неодамна во Холандија, со поддршка на Министерството за економија, Delft Circuits започна со работа. Произведува компоненти за квантни компјутерски системи.

Друга тешкотија е недостатокот на специјалисти. Побарувачката за нив расте, но нивното наоѓање не е така лесно. Од страна на дадени NYT, нема повеќе од илјада искусни „квантни инженери“ во светот. Водечките технички универзитети го решаваат проблемот. На пример, веќе на МИТ создаваат првите програми за обука на специјалисти за работа со квантни машини. Развој на релевантни академски програми се ангажирани и во Американската национална квантна иницијатива.

Генерално, ИТ експертите се убедени дека проблемите со кои се соочуваат креаторите на квантните компјутери се целосно надминливи. И во иднина можеме да очекуваме нови технолошки откритија во оваа област.

За што пишуваме во првиот блог за претпријатието IaaS:

• Година во акција: кој е казнет и за што според GDPR
• Развој на центри за податоци: технолошки трендови
• Како да се подобри енергетската ефикасност на центарот за податоци
• Зошто компаниите користат виртуелни машини наместо контејнери
• Како IaaS помага во развојот на бизнисот: три проблеми што ќе ги реши облакот
• Пресметување без сервер во облак - модерен тренд или неопходност?
• Како да тестирате диск систем во облакот

Извор: www.habr.com