Hovoríme o predpokladoch a poskytujeme odborné posudky.
/ foto CC BY-ND
Prečo je hélium potrebné v kvantových počítačoch?
Predtým, ako prejdeme k príbehu o situácii nedostatku hélia, povedzme si o tom, prečo kvantové počítače potrebujú hélium.
Kvantové stroje fungujú na qubitoch. Na rozdiel od klasických bitov môžu byť súčasne v stavoch 0 a 1 – v superpozícii. Vo výpočtovom systéme nastáva fenomén kvantového paralelizmu, keď sa operácie vykonávajú súčasne s nulou a jednotkou. Táto funkcia umožňuje strojom na báze qubit riešiť niektoré problémy rýchlejšie ako klasické počítače, ako napríklad simuláciu molekulárnych a chemických reakcií.
Je tu však problém: qubity sú krehké objekty a dokážu si udržať superpozíciu len niekoľko nanosekúnd. Narúša ho aj nepatrné kolísanie teploty, tzv . Aby sa zabránilo zničeniu qubitov, kvantové počítače pri nízkych teplotách - 10 mK (-273,14 ° C). Na dosiahnutie teplôt blízkych absolútnej nule používajú spoločnosti tekuté hélium, presnejšie izotop , ktorý za takýchto extrémnych podmienok netvrdne.
Aký je problém
V blízkej budúcnosti môže IT priemysel čeliť nedostatku hélia-3 na vývoj kvantových počítačov. Na Zemi sa táto látka prakticky nikdy nenachádza vo svojej prirodzenej forme - jej objem je v atmosfére planéty (1,37 ppm vzhľadom na hélium-4). Hélium-3 je produktom rozpadu trícia, ktorého výroba (posledný ťažkovodný jadrový reaktor bol zatvorený v USA). Potom sa trícium začalo získavať z komponentov vyradených jadrových zbraní, ale Podľa americkej Kongresovej výskumnej služby táto iniciatíva výrazne nezvýšila zásoby strategickej látky. Rusko a USA majú nejaké rezervy, ale .
Situáciu zhoršuje skutočnosť, že pomerne významná časť hélia-3 sa vynakladá na výrobu neutrónových skenerov používaných na hraničných priechodoch na vyhľadávanie rádioaktívnych materiálov. Neutrónový skener je od roku 2000 povinným nástrojom na všetkých colných úradoch USA. Kvôli množstvu týchto faktorov už dodávky hélia-3 v Spojených štátoch kontrolujú vládne agentúry, ktoré vydávajú kvóty verejným a súkromným organizáciám, a IT experti sa obávajú, že čoskoro nebude dostatok hélia-3 pre všetkých.
aké zlé to je?
Predpokladá sa, že nedostatok hélia-3 bude mať negatívny vplyv na kvantový vývoj. Blake Johnson, viceprezident výrobcu kvantových počítačov Rigetti Computing, v rozhovore pre MIT Tech Review toto chladivo je neuveriteľne ťažké získať. Problémy zhoršuje jeho vysoká cena – naplnenie jednej chladiacej jednotky stojí 40 XNUMX dolárov.
Zástupcovia z D-Wave, ďalšieho kvantového startupu, však s Blakeovým názorom nesúhlasia. Autor: Viceprezident organizácie, výroba jedného kvantového počítača si vyžaduje len malé množstvo hélia-3, ktoré možno nazvať zanedbateľné v porovnaní s celkovým dostupným objemom látky. Preto bude nedostatok chladiva pre kvantový priemysel neviditeľný.
Navyše sa dnes vyvíjajú ďalšie metódy extrakcie hélia-3, ktoré nezahŕňajú trícium. Jedným z nich je získavanie izotopu zo zemného plynu. Najprv prechádza hlbokou kondenzáciou pri nízkych teplotách a potom prechádza procesmi separácie a rektifikácie (oddeľovanie nečistôt plynu). Predtým sa tento prístup považoval za ekonomicky nerealizovateľný, no s rozvojom technológií sa situácia zmenila. Minulý rok o svojich plánoch začať vyrábať hélium-3 .
Niekoľko krajín plánuje ťažiť hélium-3 na Mesiaci. Jeho povrchová vrstva obsahuje až (Tabuľka 2) tejto látky. Vedci odhadujú, že zdroj vydrží päťtisíc rokov. NASA už začala vytvárať že recyklovať na hélium-3. Uskutočňuje sa vývoj zodpovedajúcej pozemnej a lunárnej infraštruktúry и . V praxi to však bude možné zaviesť až v roku 2030.
Ďalším spôsobom, ako zabrániť nedostatku hélia-3, je nájsť zaň náhradu pri výrobe neutrónových skenerov. Mimochodom, ona v roku 2018 sa ním stali kryštály sulfidu zinočnatého a fluoridu lítneho-6. Umožňujú registrovať rádioaktívne materiály s presnosťou presahujúcou 90 %.
/ foto CC BY-ND
Ďalšie „kvantové“ problémy
Okrem nedostatku hélia existujú aj ďalšie ťažkosti, ktoré bránia rozvoju kvantových počítačov. Prvým je nedostatok hardvérových komponentov. Na svete je stále málo veľkých podnikov, ktoré vyvíjajú „náplň“ pre kvantové stroje. Niekedy musia spoločnosti počkať, kým sa chladiaci systém vyrobí, .
Viaceré krajiny sa snažia tento problém riešiť prostredníctvom vládnych programov. Takéto iniciatívy sa už začali v USA a Európe. Napríklad len nedávno v Holandsku s podporou ministerstva hospodárstva začali fungovať Delft Circuits. Vyrába komponenty pre kvantové počítačové systémy.
Ďalším problémom je nedostatok špecialistov. Dopyt po nich rastie, no nájsť ich nie je také jednoduché. Autor: NYT, na svete nie je viac ako tisíc skúsených „kvantových inžinierov“. Problém riešia popredné technické univerzity. Napríklad už na MIT prvé programy pre školenie špecialistov v práci s kvantovými strojmi. Rozvoj príslušných akademických programov a v americkej národnej kvantovej iniciatíve.
Vo všeobecnosti sú IT odborníci presvedčení, že problémy, ktorým čelia tvorcovia kvantových počítačov, sú úplne prekonateľné. A v budúcnosti môžeme očakávať nové technologické objavy v tejto oblasti.
O čom píšeme v prvom blogu o podnikovom IaaS:
Zdroj: hab.com