Pogovarjamo o predpostavkah in navajamo mnenja strokovnjakov.
/ фото CC BY-ND
Zakaj je helij v kvantnih računalnikih
Preden preidemo na razpravo o pomanjkanju helija, se pogovorimo o tem, zakaj kvantnim računalnikom sploh potrebujemo helij.
Kvantne naprave delujejo s kubiti. Ti, za razliko od klasičnih bitov, lahko obstajajo v stanjih 0 in 1 hkrati — v superpoziciji. V računalniškem sistemu se pojavi fenomen kvantnega paralelizma, kjer se operacije izvajajo hkrati z ničlo in enico. Ta posebnost omogoča napravam na osnovi kubitov, da rešujejo nekatere naloge hitreje kot klasični računalniki — na primer, modelirajo molekulske in kemične reakcije.
Toda tu se pojavi težava: kubiti so krhki in ohranjati superpozicijo lahko le nekaj nanosekund. Tudi majhna nihanja temperature jo lahko motijo in pride do tako imenovane . Da bi se izognili uničenju kubitov, morajo kvantni računalniki v pogojih nizkih temperatur — 10 mK (–273,14 °C). Za dosego temperatur, bližnjih absolutni ničli, podjetja uporabljajo tekoči helij, natančneje izotop , ki pri takih ekstremnih pogojih ne strdi.
Kakšen je problem
V bližnji prihodnosti se lahko IT-industrija sooči s pomanjkanjem helija-3 za razvoj kvantnih računalnikov. Na Zemlji je ta snov praktično neodkrita v naravni obliki — njen delež v atmosferi planeta (1,37 delov na milijon v razmerju do helija-4). Helij-3 je proizvod razpada tritija, katerega proizvodnjo (v ZDA so zaprli zadnjo težkovodno jedrsko elektrarno). Po tritiju so začeli pridobivati iz komponent ukinjenega jedrskega orožja, vendar po Raziskovalni službi Kongresa ZDA ta pobuda ni omogočila pomembnega povečanja zalog strateške snovi. Rusija in ZDA imata nekaj zalog, vendar .
Situacija se dodatno pogoršava činjenicom da značajna količina helija-3 odlazi u proizvodnju neutronških skenera koji se koriste na graničnim prelazima za pronalaženje radioaktivnih materijala. Neutronski skener je obavezan alat na svim američkim carinama od 2000. godine. Zbog niza faktora, u SAD-u se snabdevanje helijem-3 već kontroliše od strane državnih organa, koji izdaju kvote državnim i privatnim organizacijama, a IT stručnjaci su zabrinuti da će uskoro svima koji žele helij-3 početi da nedostaje.
Koliko je loše
Postoji mišljenje da će nedostatak helija-3 negativno uticati na kvantne razvojne projekte. Blejk Džonson (Blake Johnson), potpredsednik kompanije koja proizvodi kvantne kompjutere Rigetti Computing, u intervjuu za MIT Tech Review , kaže da je rashladni agens neverovatno teško nabaviti. Problemi se dodatno pogoršavaju njegovom visokom cenom — punjenje jedne rashladne jedinice košta 40 hiljada dolara.
Međutim, predstavnici D-Wave, drugog kvantnog startapa, ne slažu se s mišljenjem Blejka. Prema rečima potpredsednika organizacije, proizvodnja jednog kvantnog kompjutera zahteva samo malu količinu helija-3, koju možemo smatrati neznatnom u poređenju s ukupnom dostupnom količinom supstance. Stoga, deficit rashladnog agensa biće neprimetan za kvantnu industriju.
Plus, danas se razmatraju druge metode vađenja helija-3 koje nisu povezane s tritijumom. Jedna od njih je vađenje izotopa iz prirodnog gasa. Prvo se podvrgava dubokoj kondenzaciji na niskim temperaturama, a zatim prolazi kroz procese separacije i rektifikacije (odvajanja gasnih impureti). Ovaj pristup je ranije smatran ekonomski neopravdanim, ali se situacija promenila s razvojem tehnologije. Prošle godine su najavili svoje planove za početak vađenja helija-3 .
Nekoliko zemalja planira vađenje helija-3 na Mesecu. U njegovom površinskom sloju nalazi se do (tabela 2) ove supstance. Prema procenama naučnika, resursa će biti dovoljno za pet milenijuma. U NASA-i su već počeli da razvijaju , koja prerađuju u helij-3. Razvojem odgovarajuće infrastrukturne opreme na Zemlji i Mesecu bave se in . Međutim, implementacija će biti moguća najranije 2030. godine.
Še en način za preprečevanje pomanjkanja helija-3 je najti nadomestek pri proizvodnji nevtronskih skenerjev. Mimogrede, ta leta 2018 — to so kristali cinkovega sulfida in litijevega fluorida-6. Ti omogočajo zaznavanje radioaktivnih materialov s natančnostjo, ki presega 90%.
/ фото CC BY-ND
Druge 'kvantne' težave
Poleg pomanjkanja helija obstajajo tudi druge ovire, ki ovirajo razvoj kvantnih računalnikov. Prva je pomanjkanje strojne opreme. Na svetu je še vedno malo velikih podjetij, ki se ukvarjajo z razvojem 'notranjosti' za kvantne naprave. Včasih morajo podjetja čakati, da izdelajo sistem hlajenja, .
Številne države poskušajo rešiti problem preko vladnih programov. Takšne pobude so že uvedene v ZDA in Evropi. Na primer, nedavno je na Nizozemskem z podporo Ministrstva za ekonomijo začelo delovati podjetje Delft Circuits. Ukvarja se s proizvodnjo komponent za kvantne računalniške sisteme.
Še ena težava je pomanjkanje strokovnjakov. Povpraševanje po njih narašča, a jih ni enostavno najti. Po NYT, na svetu ni več kot tisoč izkušenih 'kvantnih inženirjev'. Problematiko rešujejo vodilni tehnični univerze. Na MIT so že prve programe za izobraževanje strokovnjakov za delo s kvantnimi napravami. Razvijajo se ustrezni akademski programi tudi v ameriški National Quantum Initiative.
Na splošno so IT strokovnjaki prepričani, da so problemi, s katerimi se soočajo ustvarjalci kvantnih računalnikov, zagotovo premagljivi. V prihodnosti lahko pričakujemo nove tehnološke preboje na tem področju.
O čemer pišemo v prvem blogu o korporativnem IaaS:
Izvor: habr.com
