🥇Mungesa e heliumit mund të ngadalësojë zhvillimin e kompjuterëve kuantikë — po diskutojmë situatën

Pohoqë të përfaqësojmë arsyet dhe të sjellim mendimet e ekspertëve.

/ фото IBM Research CC BY-ND

Pse është heliumi i nevojshëm në kompjuterët kuantikë

Para se të kalojmë në diskutimin e situatës me mungesën e heliumit, le të flasim për arsyen pse kompjuterët kuantikë kanë nevojë për helium.

Kompjuterët kuantikë operojnë me kubitë. Të ndryshëm nga bitët klasikë, ata mund të jenë në gjendje 0 dhe 1 njëkohësisht — në superpozitë. Në sistemin e llogaritjes ndodh fenomeni i paralelizmës kuantik, kur operacionet kryhen njëkohësisht me zero dhe një. Kjo veçori lejon makinat që bazohen në kubitë të zgjidhin disa probleme më shpejt se kompjuterët klasikë — për shembull, të modelojnë reaksionet molekulare dhe kimike.

Por këtu ka një problem: kubitët janë objekte të brishta dhe mbajtjen e superpozitës ata mund ta mbajnë vetëm për pak nanosekonda. Një luhatje e vogël e temperaturës e prish atë, ndodh e ashtuquajtur dekoherencë. Për të shmangur shkatërrimin e kubitëve, kompjuterët kuantikë duhet të punojnë në kushte të ulëta temperaturash — 10 mK (–273.14°C). Për të arritur temperatura të afërta me zero absolut, kompanitë përdorin helium të lëngshëm, saktësisht, izotopin heliumi-3, i cili nuk ngurtësohet në këto kushte ekstreme.

Cila është problemi

Në të ardhmen e afërt, industria IT mund të përballet me mungesën e heliumit-3 për zhvillimin e kompjuterëve kuantikë. Në Tokë, ky substancë pothuajse nuk gjendet në mënyrë natyrore — vëllimi i saj në atmosferën e planetit është vetëm 0.000137% (1.37 pjesë për milion në raport me helium-4). Heliumi-3 është produkt i çarjen e tritiumit, prodhimi i të cilit u ndal në vitin 1988 (SHBA mbylli reaktorin e fundit të rëndë bërthamor). Pas tritiumit, filluan të nxirren nga komponentët e armëve bërthamore të tërhequra, por sipas të dhënave Shërbimit Kërkues të Kongresit të SHBA, kjo iniciativë nuk arriti të rrisë ndjeshëm rezervat e substancës strategjike. Rusia dhe SHBA kanë disa rezerva, por ato po përfundojnë.

Situata përkeqësohet nga fakti se një pjesë e konsiderueshme e heliumit-3 shkon për prodhimin e skanerëve të neutronëve, të përdorur në pikëkalimet kufitare për të gjetur materiale radioaktive. Skeneri i neutronëve është një instrument i obligueshëm në të gjitha doganat amerikane që nga viti 2000. Për shkak të disa faktorëve, në SHBA, furnizimet me helium-3 tashmë kontrollohen nga autoritetet qeveritare, të cilat lëshojnë kuota për organizatat shtetërore dhe private, dhe ekspertët e IT shqetësohen se së shpejti do të fillojë mungesa e heliumit-3 për të gjithë ata që e duan atë.

Sa keq është gjithçka

Ekziston mendimi se mungesa e heliumit-3 do të ketë ndikim negativ në zhvillimet kuantike. Blake Johnson, nën presidente i kompanisë prodhuese të kompjuterëve kuantikë Rigetti Computing, në një intervistë për MIT Tech Review tregoi, tha se refrigeranti është jashtëzakonisht e vështirë për tu siguruar. Problemet e përkeqësohen nga kostoja e tij e lartë — për ngarkimin e një njësi frigoriferike shpenzohen 40,000 dollarë.

Por përfaqësuesit e D-Wave, një tjetër startup kuantik, nuk bien dakord me mendimin e Blake. Sipas autoreve, sistemi do të zvogëlojë shpenzimet për energjinë me dyfish. nën presidentit të organizatës, prodhimi i një kompjuteri kuantik kërkon vetëm një sasi të vogël heliumi-3, që mund të quhet e papërfillshme në krahasim me vëllimin e përgjithshëm të substancës në dispozicion. Prandaj, mungesa e refrigerantit do të jetë e padukshme për industrinë kuantike.

Përveç kësaj, sot janë duke u zhvilluar metoda të tjera për nxjerrjen e heliumit-3, të cilat nuk janë të lidhura me tritiumin. Një prej tyre është nxjerrja e izotopit nga gazi natyror. Së pari, ai nënshtrohet një kondensimi të thellë në temperatura të ulëta, dhe më pas kalon përmes proceseve të ndarjes dhe rektifikimit (ndarjes së impureve gazore). Në të kaluarën, ky qasje konsiderohej ekonomikisht e paefektshme, por me përparimin e teknologjisë situata u ndryshua. Vitin e kaluar, "Gazpromi" shpalli planet e tij për të filluar nxjerrjen e heliumit-3 Një sërë vendesh po bëjnë plane për nxjerrjen e heliumit-3 në Hënë. Në sipërfaqen e saj ka deri në.

2.5 milion ton (tabela 2) të kësaj substancë. Sipas vlerësimeve të shkencëtarëve, resurset mjaftojnë për pesë mijë vjet. NASA ka filluar tashmë të krijojë projekte instalimesh , të cilat procesojnëregolit në helium-3. Zhvillimi i infrastrukturës përkatëse tokësore dhe luftarake është në duar të Indisë India dhe Kina. Por zbatimi i saj në praktikë nuk do të jetë i mundur deri pas vitit 2030.

Një tjetër mënyrë për të parandaluar mungesën e heliumit-3 është të gjendet një zëvendësues për të në prodhimin e skanerëve të neutronëve. Meqenëse, një zëvendësues i tillë u zbulua në vitin 2018 — ishin kristalet e sulfidit të zinkut dhe fluoridit të litiumit-6. Ato lejojnë regjistrimin e materialeve radioaktive me një saktësi që e tejkalon 90%.

/ фото IBM Research CC BY-ND

Problemet e tjera "kuantike"

Përveç mungesës së heliumit, ka edhe vështirësi të tjera që pengojnë zhvillimin e kompjuterëve kuantikë. E para është mungesa e komponentëve hardware. Në botë janë ende pak kompani të mëdha që merren me zhvillimin e "pjesëve" për makinat kuantike. Ndonjëherë kompanitë duhet të presin derisa të prodhohet sistemi i ftohjes, më shumë se një vit.

Disa vende po përpiqen ta zgjidhin këtë problem përmes programeve qeveritare. Iniciativa të tilla janë tashmë të nisura në SHBA dhe Evropë. Për shembull, kohët e fundit në Holandë, me mbështetje nga Ministria e Ekonomisë, ka filluar aktiviteti i kompanisë Delft Circuits. Ajo merret me prodhimin e komponentëve për sistemet kuantike të llogaritjes.

Një vështirësi tjetër është mungesa e specialistëve. Kërkesa për ta po rritet, megjithatë nuk është e lehtë t'i gjesh ata. Sipas të dhënave NYT, nuk ka më shumë se një mijë "inxhinierë kuantikë" në botë. Problemi po zgjidhet nga universitetet teknike kryesore. Për shembull, në MIT tashmë po krijojnë programet e para për trajnim të specialistëve në punën me makinat kuantike. Zhvillimi i programeve akademike përkatëse janë të angazhuar po bëhet edhe në Iniciativën Kombëtare Kuantike të SHBA.

Në përgjithësi, ekspertët e IT-së besojnë se problemet që përballen krijuesit e kompjuterëve kuantikë janë të kapërcyeshme. Dhe në të ardhmen, mund të priten përparime të reja teknologjike në këtë fushë.

Për çfarë po shkruajmë në blogun e parë mbi IaaS-in korporativ: