Vi snakker om forutsetningene og gir ekspertuttalelser.
/ bilde CC BY-ND
Hvorfor trengs helium i kvantedatamaskiner?
Før vi går videre til historien om heliummangelsituasjonen, la oss snakke om hvorfor kvantedatamaskiner trenger helium i utgangspunktet.
Kvantemaskiner opererer på qubits. De, i motsetning til klassiske biter, kan være i tilstandene 0 og 1 samtidig - i en superposisjon. I et datasystem oppstår fenomenet kvanteparallellisme når operasjoner utføres samtidig med null og én. Denne funksjonen lar qubit-baserte maskiner løse noen problemer raskere enn klassiske datamaskiner, for eksempel simulering av molekylære og kjemiske reaksjoner.
Men det er et problem: qubits er skjøre objekter og de kan bare opprettholde superposisjon i noen få nanosekunder. Den forstyrres av selv en liten temperatursvingning; den såkalte . For å unngå qubit-ødeleggelse, kvantedatamaskiner ved lave temperaturer - 10 mK (-273,14°C). For å oppnå temperaturer nær absolutt null, bruker bedrifter flytende helium, eller mer presist, en isotop , som ikke stivner under slike ekstreme forhold.
Hva er problemet
I nær fremtid kan IT-industrien stå overfor en mangel på helium-3 for utvikling av kvantedatamaskiner. På jorden finnes dette stoffet praktisk talt aldri i sin naturlige form - volumet er i planetens atmosfære (1,37 ppm i forhold til helium-4). Helium-3 er et forfallsprodukt av tritium, produksjonen av dette (den siste tungtvannsatomreaktoren ble stengt i USA). Etterpå begynte tritium å bli utvunnet fra komponenter av utrangerte atomvåpen, men I følge US Congressional Research Service økte ikke dette initiativet beholdningen av det strategiske stoffet nevneverdig. Russland og USA har noen reserver, men .
Situasjonen forverres av det faktum at en ganske betydelig del av helium-3 brukes på produksjon av nøytronskannere som brukes ved grensekontroller for å søke etter radioaktive materialer. Nøytronskanneren har vært et obligatorisk verktøy ved alle amerikanske tollkontorer siden 2000. På grunn av en rekke av disse faktorene er tilførselen av helium-3 i USA allerede kontrollert av offentlige etater som utsteder kvoter til offentlige og private organisasjoner, og IT-eksperter bekymrer seg for at det snart ikke vil være nok helium-3 til alle.
Hvor ille er det?
Det antas at mangel på helium-3 vil ha en negativ innvirkning på kvanteutviklingen. Blake Johnson, visepresident for kvantedatamaskinprodusenten Rigetti Computing, i et intervju med MIT Tech Review at kuldemediet er utrolig vanskelig å få tak i. Problemene forverres av de høye kostnadene - det koster $40 XNUMX å fylle en kjøleenhet.
Men representanter fra D-Wave, en annen kvantestartup, er uenige i Blakes mening. Av Vicepresident for organisasjonen, produksjonen av en kvantedatamaskin krever bare en liten mengde helium-3, som kan kalles ubetydelig sammenlignet med det totale tilgjengelige volumet av stoffet. Derfor vil mangelen på kuldemedium være usynlig for kvanteindustrien.
I tillegg utvikles andre metoder for utvinning av helium-3 som ikke involverer tritium i dag. En av dem er utvinningen av isotopen fra naturgass. Først gjennomgår den dyp kondensering ved lave temperaturer, og går deretter gjennom prosessene med separasjon og rektifisering (separasjon av gassurenheter). Tidligere ble denne tilnærmingen ansett som økonomisk umulig, men med utviklingen av teknologien har situasjonen endret seg. I fjor om planene hans om å begynne å produsere helium-3 .
En rekke land planlegger å utvinne helium-3 på månen. Dens overflatelag inneholder opptil (Tabell 2) av dette stoffet. Forskere anslår at ressursen vil vare i fem tusen år. NASA har allerede begynt å lage som resirkulerer til helium-3. Utviklingen av den tilsvarende terrestriske og måneinfrastrukturen utføres и . Men det vil ikke være mulig å implementere det i praksis før i 2030.
En annen måte å forhindre mangel på helium-3 på er å finne en erstatning for det i produksjonen av nøytronskannere. Forresten, henne i 2018 - det ble krystaller av sinksulfid og litium-6-fluorid. De gjør det mulig å registrere radioaktive materialer med en nøyaktighet på over 90 %.
/ bilde CC BY-ND
Andre "kvante" problemer
Foruten heliummangelen, er det andre vanskeligheter som hemmer utviklingen av kvantedatamaskiner. Den første er mangelen på maskinvarekomponenter. Det er fortsatt få store bedrifter i verden som utvikler "fylling" for kvantemaskiner. Noen ganger må bedrifter vente til kjølesystemet er produsert, .
En rekke land prøver å løse problemet gjennom statlige programmer. Slike initiativer er allerede lansert i USA og Europa. For eksempel, nylig i Nederland, med støtte fra økonomidepartementet, begynte Delft Circuits å operere. Den produserer komponenter for kvantedatasystemer.
En annen vanskelighet er mangelen på spesialister. Etterspørselen etter dem vokser, men det er ikke så lett å finne dem. Av NYT, det er ikke mer enn tusen erfarne "kvanteingeniører" i verden. Ledende tekniske universiteter løser problemet. For eksempel allerede ved MIT de første programmene for opplæring av spesialister i arbeid med kvantemaskiner. Utvikling av relevante akademiske programmer og i American National Quantum Initiative.
Generelt er IT-eksperter overbevist om at problemene som skaperne av kvantedatamaskiner står overfor, er fullstendig overkommelige. Og i fremtiden kan vi forvente nye teknologiske gjennombrudd på dette området.
Hva vi skriver om i den første bloggen om enterprise IaaS:
Kilde: www.habr.com