Vorbim despre condițiile prealabile și oferim opiniile experților.
/ fotografie CC BY-ND
De ce este nevoie de heliu în calculatoarele cuantice?
Înainte de a trece la povestea penuriei de heliu, să vorbim despre motivul pentru care computerele cuantice au nevoie de heliu în primul rând.
Mașinile cuantice funcționează pe qubiți. Ei, spre deosebire de biții clasici, pot fi în stările 0 și 1 în același timp - într-o suprapunere. Într-un sistem de calcul, fenomenul de paralelism cuantic are loc atunci când operațiile sunt efectuate simultan cu zero și unu. Această caracteristică permite mașinilor bazate pe qubit să rezolve unele probleme mai rapid decât calculatoarele clasice, cum ar fi simularea reacțiilor moleculare și chimice.
Dar există o problemă: qubiții sunt obiecte fragile și pot menține suprapunerea doar pentru câteva nanosecunde. Este perturbat chiar și de o ușoară fluctuație de temperatură; așa-numita . Pentru a evita distrugerea qubitului, calculatoarele cuantice la temperaturi scăzute - 10 mK (-273,14°C). Pentru a atinge temperaturi apropiate de zero absolut, companiile folosesc heliu lichid, sau mai precis, un izotop , care nu se întărește în condiții atât de extreme.
Care este problema
În viitorul apropiat, industria IT se poate confrunta cu o penurie de heliu-3 pentru dezvoltarea computerelor cuantice. Pe Pământ, această substanță nu se găsește practic niciodată în forma sa naturală - volumul ei se află în atmosfera planetei (1,37 ppm față de heliu-4). Heliul-3 este un produs de degradare al tritiului, a cărui producție (ultimul reactor nuclear cu apă grea a fost închis în SUA). Ulterior, tritiul a început să fie extras din componente ale armelor nucleare dezafectate, dar Potrivit Serviciului de Cercetare al Congresului din SUA, această inițiativă nu a crescut semnificativ stocul de substanță strategică. Rusia și SUA au niște rezerve, dar .
Situația este agravată de faptul că o parte destul de semnificativă din heliu-3 este cheltuită pentru producția de scanere cu neutroni utilizate la punctele de control de frontieră pentru căutarea materialelor radioactive. Scannerul cu neutroni a fost un instrument obligatoriu la toate birourile vamale din SUA din 2000. Datorită unui număr dintre acești factori, aprovizionarea cu heliu-3 în Statele Unite este deja controlată de agențiile guvernamentale care emit cote organizațiilor publice și private, iar experții IT se tem că în curând nu va fi suficient heliu-3 pentru toată lumea.
Cât de rău este?
Se crede că o lipsă de heliu-3 va avea un impact negativ asupra evoluțiilor cuantice. Blake Johnson, vicepreședinte al producătorului de calculatoare cuantice Rigetti Computing, într-un interviu pentru MIT Tech Review acel agent frigorific este incredibil de greu de obținut. Problemele sunt agravate de costul său ridicat - costă 40 de mii de dolari pentru a umple o unitate frigorifică.
Dar reprezentanții de la D-Wave, un alt startup cuantic, nu sunt de acord cu opinia lui Blake. De Vicepreședinte al organizației, producția unui computer cuantic necesită doar o cantitate mică de heliu-3, care poate fi numită nesemnificativă în comparație cu volumul total disponibil al substanței. Prin urmare, deficitul de agent frigorific va fi invizibil pentru industria cuantică.
În plus, astăzi sunt dezvoltate și alte metode de extracție a heliului-3 care nu implică tritiu. Una dintre ele este extragerea izotopului din gazul natural. În primul rând, suferă o condensare profundă la temperaturi scăzute, iar apoi trece prin procesele de separare și rectificare (separarea impurităților de gaz). Anterior, această abordare era considerată nerealizabilă din punct de vedere economic, dar odată cu dezvoltarea tehnologiei, situația s-a schimbat. Anul trecut despre planurile sale de a începe să producă heliu-3 .
Un număr de țări fac planuri pentru a extrage heliu-3 pe Lună. Stratul său de suprafață conține până la (Tabelul 2) a acestei substanțe. Oamenii de știință estimează că resursa va dura cinci mii de ani. NASA a început deja să creeze care reciclează la heliu-3. Se realizează dezvoltarea infrastructurii terestre și lunare corespunzătoare и . Dar nu va fi posibil să o implementăm în practică până în 2030.
O altă modalitate de a preveni lipsa de heliu-3 este de a găsi un înlocuitor pentru acesta în producția de scanere cu neutroni. Apropo, ea în 2018 - a devenit cristale de sulfură de zinc și fluorură de litiu-6. Ele fac posibilă înregistrarea materialelor radioactive cu o precizie de peste 90%.
/ fotografie CC BY-ND
Alte probleme „cuantice”.
Pe lângă deficitul de heliu, există și alte dificultăți care împiedică dezvoltarea computerelor cuantice. Prima este lipsa componentelor hardware. Există încă puține întreprinderi mari în lume care dezvoltă „umplerea” pentru mașinile cuantice. Uneori, companiile trebuie să aștepte până când sistemul de răcire este fabricat, .
Un număr 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, Delft Circuits a început să funcționeze. Produce componente pentru sisteme de calcul cuantic.
O altă dificultate este lipsa specialiștilor. Cererea pentru ele este în creștere, dar găsirea lor nu este atât de ușoară. De NYT, nu există mai mult de o mie de „ingineri cuantici” experimentați în lume. Universitățile tehnice de top rezolvă problema. De exemplu, deja la MIT primele programe de formare a specialiștilor în lucrul cu mașini cuantice. Dezvoltarea de programe academice relevante și în American National Quantum Initiative.
În general, experții IT sunt convinși că problemele cu care se confruntă creatorii computerelor cuantice sunt complet depășite. Și în viitor ne putem aștepta la noi descoperiri tehnologice în acest domeniu.
Despre ce scriem în primul blog despre enterprise IaaS:
Sursa: www.habr.com