Împărtășim premisele și aducem opiniile experților.
/ фото CC BY-ND
De ce este necesar heliul în computerele cuantice
Înainte de a discuta despre situația apropierii insuficienței de heliu, să vorbim despre de ce computerele cuantice au nevoie de heliu.
Computerele cuantice operează cu cubiți. Acestia, spre deosebire de biții clasici, pot fi în stările 0 și 1 simultan — în superpoziție. În sistemul computațional apare fenomenul paralelismului cuantic, când operațiile sunt efectuate simultan cu zero și unu. Această caracteristică permite mașinilor bazate pe cubiți să rezolve unele probleme mai repede decât computerele clasice — de exemplu, să modeleze reacții moleculare și chimice.
Dar aici există o problemă: cubiții sunt obiecte fragile și pot menține superpoziția doar câteva nanosecunde. Chiar și o mică oscilație de temperatură o distruge, fenomen denumit . Pentru a evita distrugerea cubiților, computerele cuantice în condiții de temperatură scăzută — 10 mK (–273,14°C). Pentru a atinge temperaturi apropiate de zero absolut, companiile folosesc heliu lichid, mai exact izotopul , care nu se solidifică în aceste condiții extreme.
Care este problema
În viitorul apropiat, industria IT ar putea confrunta o penurie de heliu-3 pentru dezvoltarea computerelor cuantice. Pe Pământ, această substanță aproape că nu se găsește în mod natural — volumul său în atmosfera planetei (1,37 părți la un milion în raport cu heliu-4). Heliul-3 este un produs al descompunerii tritiului, producția acestuia (în SUA s-a închis ultimul reactor nuclear pe apă grea). După tritiu, acesta a început să fie extras din componentele armamentului nuclear dezafectat, dar, potrivit Serviciului de Cercetare al Congresului SUA, această inițiativă nu a reușit să crească substanțial rezervele substanței strategice. Rusia și SUA au unele rezerve, dar .
Situația este agravată de faptul că o parte semnificativă din heliu-3 este utilizată pentru fabricarea scanerelor cu neutroni, care sunt folosite la punctele de control pentru a detecta materiale radioactive. Scanerul cu neutroni este un instrument obligatoriu în toate vămile americane din 2000. Din cauza unei serii de factori, în SUA livrările de heliu-3 sunt deja controlate de autoritățile guvernamentale, care eliberează cote organizațiilor statale și private, iar experții IT se îngrijorează că în curând nu va mai fi suficient heliu-3 pentru toți cei care îl doresc.
Cât de rău este totul
Există păreri că lipsa de heliu-3 va avea un impact negativ asupra dezvoltărilor cuantice. Blake Johnson, vicepreședinte al companiei producătoare de calculatoare cuantice Rigetti Computing, a declarat într-un interviu pentru MIT Tech Review , că agentul de răcire este extrem de greu de obținut. Problemele sunt agravate de costul său ridicat - umplerea unei instalații de refrigerare costă 40.000 de dolari.
Dar reprezentanții D-Wave, o altă sugestie de start-up în domeniul cuantelor, nu sunt de acord cu opinia lui Blake. Conform vicepreședintelui organizației, fabricarea unui singur computer cuantic necesită doar o cantitate mică de heliu-3, care poate fi considerată nesemnificativă în raport cu volumul total disponibil al substanței. Prin urmare, deficitul agentului de răcire nu va fi observat în industria cuantică.
În plus, astăzi se explorează și alte metode de extracție a heliu-3, nelegate de tritiu. Una dintre acestea este extracția izotopului din gazul natural. La început, acesta este supus unei condensări profunde la temperaturi scăzute, iar apoi trece prin procese de separare și rectificare (separarea impurităților gazelor). Anterior, această abordare era considerată economic nerentabilă, dar cu avansul tehnologiilor, situația s-a schimbat. Anul trecut, s-a anunțat că vor începe extracția heliu-3 .
Mai multe țări își fac planuri de extracție a heliu-3 de pe Lună. În stratul său de suprafață se găsesc până la (tabelul 2) din această substanță. Potrivit estimărilor experților, resursa va fi suficientă pentru cinci mii de ani. NASA a început deja să dezvolte , care procesează în heliu-3. Dezvoltarea infrastructurii corespunzătoare pe Pământ și pe Lună este în responsabilitatea și . Dar implementarea sa în practică nu va fi posibilă mai devreme de 2030.
O altă modalitate de a preveni deficitul de heliu-3 este găsirea unei alternative în producția de scanere cu neutroni. Așadar, aceasta în 2018 — fiind vorba despre cristalele de sulfid de zinc și fluorură de litiu-6. Acestea permit înregistrarea materialelor radioactive cu o precizie ce depășește 90%.
/ фото CC BY-ND
Alte probleme „quantum”
Pe lângă deficitul de heliu, există și alte dificultăți care împiedică dezvoltarea computerelor cuantice. Prima este lipsa componentelor hardware. În lume există puțini mari producători care se ocupă de dezvoltarea „interiorului” pentru mașinile cuantice. Uneori, companiile trebuie să aștepte, până când se fabrică sistemul de răcire, .
O serie de țări încearcă să rezolve problema prin programe guvernamentale. Astfel de inițiative au fost deja lansate în SUA și Europa. De exemplu, recent în Olanda, cu sprijinul Ministerului Economiei, a fost înființată compania Delft Circuits. Aceasta se ocupă cu producția de componente pentru sistemele de calcul cuantice.
O altă dificultate este lipsa specialiștilor. Cererea pentru aceștia crește, însă găsirea lor nu este atât de simplă. Potrivit NYT, în lume există mai puțin de o mie de „ingineri cuantici” experimentați. Problema este abordată de către universitățile tehnice de top. De exemplu, la MIT, deja sunt primele programe de formare a specialiștilor în lucrul cu mașinile cuantice. Dezvoltarea programelor academice corespunzătoare se află și în cadrul inițiativei naționale de quantum din SUA.
În general, experții IT sunt convinși că problemele cu care se confruntă creatorii computerelor cuantice sunt pe deplin depășibile. Și în viitor, se pot aștepta noi progrese tehnologice în acest domeniu.
Despre ce scriem în primul blog pe IaaS corporate:
Sursa: habr.com
