Falamos sobre as condições e apresentamos opiniões de especialistas.
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Por que o hélio é necessário em computadores quânticos
Antes de falarmos sobre a escassez de hélio, vamos discutir a importância do hélio para os computadores quânticos.
As máquinas quânticas operam com qubits. Ao contrário dos bits clássicos, eles podem estar em estados 0 e 1 simultaneamente — em superposição. Na computação, ocorre o fenômeno do paralelismo quântico, onde operações são realizadas simultaneamente com zero e um. Essa característica permite que as máquinas baseadas em qubits resolvam algumas tarefas mais rapidamente do que os computadores clássicos — por exemplo, modelar reações moleculares e químicas.
Mas aqui há um problema: os qubits são objetos frágeis e podem manter a superposição por apenas alguns nanosegundos. Até mesmo uma pequena variação de temperatura quebra essa superposição, levando ao que se chama de . Para evitar a destruição dos qubits, os computadores quânticos em condições de baixas temperaturas — 10 mK (–273,14°C). Para atingir temperaturas próximas ao zero absoluto, as empresas utilizam hélio líquido, especificamente o isótopo , que não solidifica em tais condições extremas.
Qual é o problema
No futuro próximo, a indústria de TI pode enfrentar a escassez de hélio-3 para o desenvolvimento de computadores quânticos. Na Terra, essa substância praticamente não existe na natureza — seu volume na atmosfera do planeta (1,37 partes por milhão em relação ao hélio-4). O hélio-3 é um produto da desintegração do trítio, cuja produção (os EUA fecharam o último reator nuclear de água pesada). Após isso, o trítio passou a ser extraído de componentes de armamentos nucleares desativados, mas segundo o Serviço de Pesquisa do Congresso dos EUA, essa iniciativa não conseguiu aumentar significativamente os estoques da substância estratégica. Rússia e EUA têm algumas reservas, mas .
A situação é agravada pelo fato de que uma parte considerável do hélio-3 está sendo direcionada para a produção de scanners de nêutrons, utilizados nos postos de fronteira para a busca de materiais radioativos. O scanner de nêutrons é uma ferramenta obrigatória em todas as alfândegas americanas desde 2000. Devido a uma série de fatores, nos EUA o fornecimento de hélio-3 já é controlado por órgãos governamentais, que emitem cotas para organizações estatais e privadas, e especialistas em TI temem que em breve não haverá hélio-3 suficiente para todos que desejam.
Quão grave é a situação
Há uma opinião de que a escassez de hélio-3 terá um impacto negativo no desenvolvimento de tecnologia quântica. Blake Johnson, vice-presidente da fabricante de computadores quânticos Rigetti Computing, em entrevista ao MIT Tech Review , afirma que o refrigerante é incrivelmente difícil de obter. Os problemas são exacerbados pelo seu alto custo — para preencher uma unidade de resfriamento são necessários 40 mil dólares.
Mas representantes da D-Wave, outra startup quântica, discordam da opinião de Blake. De acordo com o vice-presidente da organização, a produção de um computador quântico requer apenas uma quantidade pequena de hélio-3, que pode ser considerada insignificante em comparação com o total disponível do material. Portanto, a escassez do refrigerante passará despercebida pela indústria quântica.
Além disso, atualmente estão sendo explorados outros métodos de extração de hélio-3 que não estão relacionados ao trítio. Um deles é a extração de isótopos do gás natural. Primeiro, ele passa por uma condensação profunda a temperaturas baixas, e depois passa por processos de separação e retificação (remoção de impurezas gasosas). Anteriormente, essa abordagem era considerada economicamente inviável, mas com o avanço das tecnologias, a situação mudou. No ano passado, a Gazprom anunciou seus planos de começar a extração de hélio-3 .
Vários países estão elaborando planos para a extração de hélio-3 na Lua. Sua camada superficial contém até (tabela 2) dessa substância. Estimativas científicas indicam que esses recursos serão suficientes para cinco mil anos. A NASA já começou a criar , que processam em hélio-3. O desenvolvimento da infraestrutura adequada na Terra e na Lua está sendo realizado por e No entanto, sua implementação prática não deverá ocorrer antes de 2030.
Mais uma forma de prevenir a escassez de hélio-3 é encontrar um substituto para ele na produção de detectores de nêutrons. A propósito, já em 2018 — cristais de sulfeto de zinco e fluoreto de lítio-6. Eles permitem registrar materiais radioativos com precisão superior a 90%.
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Outros problemas "quânticos"
Além da escassez de hélio, existem outras dificuldades que impedem o desenvolvimento de computadores quânticos. A primeira é a falta de componentes de hardware. Atualmente, existem poucas grandes empresas no mundo envolvidas no desenvolvimento do "sistema interno" para máquinas quânticas. Às vezes, as empresas têm que esperar mais de um ano para que um sistema de refrigeração seja fabricado, .
Vários países estão tentando resolver o problema por meio de programas governamentais. Iniciativas desse tipo já foram lançadas nos EUA e na Europa. Por exemplo, recentemente na Holanda, com o apoio do Ministério da Economia, a empresa Delft Circuits começou a operar. Ela se dedica à produção de componentes para sistemas de computação quântica.
Outra dificuldade é a falta de especialistas. A demanda por eles está crescendo, mas encontrá-los não é tão fácil. Segundo o NYT, existem no mundo não mais de mil "engenheiros quânticos" experientes. O problema está sendo abordado pelas principais universidades técnicas. Por exemplo, no MIT, já os primeiros programas para treinar especialistas em trabalhar com máquinas quânticas. O desenvolvimento dos programas acadêmicos correspondentes também está acontecendo na Iniciativa Nacional Quântica dos EUA.
De modo geral, especialistas em TI estão convencidos de que os problemas enfrentados pelos criadores de computadores quânticos são totalmente superáveis. E no futuro, podemos esperar novos avanços tecnológicos nessa área.
Sobre o que escrevemos no primeiro blog sobre IaaS corporativo:
Fonte: habr.com
