Pogovorimo se o predpogojih in podamo strokovna mnenja.
/ fotografija CC BY-ND
Zakaj je helij potreben v kvantnih računalnikih?
Preden preidemo na zgodbo o pomanjkanju helija, se pogovorimo o tem, zakaj kvantni računalniki sploh potrebujejo helij.
Kvantni stroji delujejo na kubitih. Za razliko od klasičnih bitov so lahko hkrati v stanjih 0 in 1 - v superpoziciji. V računalniškem sistemu pride do pojava kvantnega paralelizma, ko se operacije izvajajo hkrati z ničlo in enico. Ta funkcija omogoča strojem, ki temeljijo na qubitih, da nekatere težave rešijo hitreje kot klasični računalniki, na primer simulacijo molekularnih in kemičnih reakcij.
Vendar obstaja težava: kubiti so krhki predmeti in lahko vzdržujejo superpozicijo le nekaj nanosekund. Zmoti ga že rahlo temperaturno nihanje, t.i . Da bi se izognili uničenju kubitov, kvantni računalniki pri nizkih temperaturah - 10 mK (-273,14°C). Za doseganje temperatur blizu absolutne ničle podjetja uporabljajo tekoči helij ali natančneje izotop , ki se v tako ekstremnih pogojih ne strdi.
V čem je problem
V bližnji prihodnosti se lahko IT industrija sooči s pomanjkanjem helija-3 za razvoj kvantnih računalnikov. Na Zemlji te snovi praktično nikoli ne najdemo v naravni obliki - njena prostornina je v atmosferi planeta (1,37 ppm glede na helij-4). Helij-3 je razpadni produkt tritija, katerega proizvodnja (v ZDA so zaprli zadnji težkovodni jedrski reaktor). Nato so tritij začeli pridobivati iz komponent razgrajenega jedrskega orožja, vendar Po podatkih raziskovalne službe ameriškega kongresa ta pobuda ni bistveno povečala zaloge strateške snovi. Rusija in ZDA imata nekaj rezerv, vendar .
Situacijo otežuje dejstvo, da se precejšen del helija-3 porabi za proizvodnjo nevtronskih skenerjev, ki se uporabljajo na mejnih kontrolnih točkah za iskanje radioaktivnih snovi. Nevtronski skener je od leta 2000 obvezno orodje na vseh carinskih uradih v ZDA. Zaradi številnih teh dejavnikov dobavo helija-3 v ZDA že nadzorujejo vladne agencije, ki izdajajo kvote javnim in zasebnim organizacijam, IT-strokovnjaki pa skrbijo, da helija-3 kmalu ne bo dovolj za vse.
Kako slabo je?
Menijo, da bo pomanjkanje helija-3 negativno vplivalo na kvantni razvoj. Blake Johnson, podpredsednik proizvajalca kvantnih računalnikov Rigetti Computing, v intervjuju za MIT Tech Review to hladilno sredstvo je neverjetno težko dobiti. Težave še poslabšajo njegovi visoki stroški – polnjenje ene hladilne enote stane 40 USD.
Toda predstavniki D-Wave, drugega kvantnega startupa, se ne strinjajo z Blakeovim mnenjem. Avtor: Podpredsednik organizacije, proizvodnja enega kvantnega računalnika zahteva le majhno količino helija-3, kar lahko imenujemo nepomembno v primerjavi s skupno razpoložljivo količino snovi. Zato bo pomanjkanje hladilnega sredstva za kvantno industrijo nevidno.
Poleg tega se danes razvijajo druge metode za pridobivanje helija-3, ki ne vključujejo tritija. Eden od njih je pridobivanje izotopa iz zemeljskega plina. Najprej je podvržen globoki kondenzaciji pri nizkih temperaturah, nato pa gre skozi procese separacije in rektifikacije (ločevanje plinskih nečistoč). Prej je ta pristop veljal za ekonomsko neizvedljiv, vendar se je z razvojem tehnologije situacija spremenila. Lani o njegovih načrtih za začetek proizvodnje helija-3 .
Številne države načrtujejo pridobivanje helija-3 na Luni. Njegova površinska plast vsebuje do (tabela 2) te snovi. Znanstveniki ocenjujejo, da bo vir trajal pet tisoč let. NASA je že začela ustvarjati ki reciklirajo na helij-3. Izvaja se razvoj ustrezne zemeljske in lunarne infrastrukture и . A v praksi ga bo mogoče uveljaviti šele leta 2030.
Drug način za preprečitev pomanjkanja helija-3 je iskanje nadomestka zanj v proizvodnji nevtronskih skenerjev. Mimogrede, njo leta 2018 - postali so kristali cinkovega sulfida in litij-6 fluorida. Omogočajo registracijo radioaktivnih snovi z več kot 90-odstotno natančnostjo.
/ fotografija CC BY-ND
Drugi "kvantni" problemi
Poleg pomanjkanja helija obstajajo še druge težave, ki ovirajo razvoj kvantnih računalnikov. Prvi je pomanjkanje strojnih komponent. Na svetu je še vedno malo velikih podjetij, ki razvijajo "polnilo" za kvantne stroje. Včasih morajo podjetja počakati, da je hladilni sistem izdelan, .
Številne države poskušajo težavo rešiti z vladnimi programi. Takšne pobude so že sprožili v ZDA in Evropi. Na primer, prav pred kratkim so na Nizozemskem s podporo Ministrstva za gospodarstvo začeli delovati Delft Circuits. Proizvaja komponente za kvantne računalniške sisteme.
Druga težava je pomanjkanje strokovnjakov. Povpraševanje po njih narašča, vendar jih ni tako enostavno najti. Avtor: NYT, na svetu ni več kot tisoč izkušenih "kvantnih inženirjev". Vodilne tehnične univerze rešujejo problem. Na primer že na MIT prvi programi za usposabljanje strokovnjakov za delo s kvantnimi stroji. Razvoj ustreznih akademskih programov in v ameriški nacionalni kvantni pobudi.
Na splošno so IT-strokovnjaki prepričani, da so težave, s katerimi se soočajo ustvarjalci kvantnih računalnikov, popolnoma premostljive. In v prihodnosti lahko pričakujemo nove tehnološke preboje na tem področju.
O čem pišemo v prvem blogu o enterprise IaaS:
Vir: www.habr.com