Vi pratar om förutsättningarna och ger expertutlåtanden.
/ Foto CC BY-ND
Varför behövs helium i kvantdatorer?
Innan vi går vidare till berättelsen om heliumbristsituationen, låt oss prata om varför kvantdatorer behöver helium i första hand.
Kvantmaskiner fungerar på qubits. De, till skillnad från klassiska bitar, kan vara i tillstånd 0 och 1 samtidigt - i en superposition. I ett datorsystem uppstår fenomenet kvantparallellism när operationer utförs samtidigt med noll och ett. Denna funktion gör det möjligt för qubit-baserade maskiner att lösa vissa problem snabbare än klassiska datorer, som att simulera molekylära och kemiska reaktioner.
Men det finns ett problem: qubits är ömtåliga föremål och de kan bara bibehålla superposition i några nanosekunder. Den störs av även en liten temperaturfluktuation, den så kallade . För att undvika qubit förstörelse, kvantdatorer vid låga temperaturer - 10 mK (-273,14°C). För att uppnå temperaturer nära absolut noll använder företag flytande helium, eller mer exakt, en isotop , som inte härdar under så extrema förhållanden.
Vad är problemet
Inom en snar framtid kan IT-branschen möta en brist på helium-3 för utveckling av kvantdatorer. På jorden finns detta ämne praktiskt taget aldrig i sin naturliga form - dess volym finns i planetens atmosfär (1,37 ppm i förhållande till helium-4). Helium-3 är en sönderfallsprodukt av tritium, vars produktion (den sista tungvattenreaktorn stängdes i USA). Efteråt började tritium utvinnas från komponenter i nedlagda kärnvapen, men Enligt US Congressional Research Service ökade detta initiativ inte nämnvärt lagret av det strategiska ämnet. Ryssland och USA har vissa reserver, men .
Situationen förvärras av att en ganska betydande del av helium-3 går åt till produktion av neutronskannrar som används vid gränskontroller för att söka efter radioaktivt material. Neutronskannern har varit ett obligatoriskt verktyg på alla amerikanska tullkontor sedan 2000. På grund av ett antal av dessa faktorer kontrolleras redan tillgången på helium-3 i USA av statliga myndigheter som utfärdar kvoter till offentliga och privata organisationer, och IT-experter oroar sig för att det snart inte kommer att finnas tillräckligt med helium-3 för alla.
Hur illa är det?
Man tror att en brist på helium-3 kommer att ha en negativ inverkan på kvantutvecklingen. Blake Johnson, vice vd för kvantdatortillverkaren Rigetti Computing, i en intervju med MIT Tech Review att köldmediet är otroligt svårt att få tag på. Problemen förvärras av dess höga kostnad – det kostar 40 XNUMX dollar att fylla en kylenhet.
Men representanter från D-Wave, en annan kvantstartup, håller inte med Blakes åsikt. Förbi Vice ordförande för organisationen, produktionen av en kvantdator kräver endast en liten mängd helium-3, vilket kan kallas obetydligt jämfört med den totala tillgängliga volymen av ämnet. Därför kommer bristen på köldmedium att vara osynlig för kvantindustrin.
Dessutom utvecklas andra metoder för att extrahera helium-3 som inte involverar tritium idag. En av dem är utvinningen av isotopen från naturgas. Först genomgår den djup kondensation vid låga temperaturer och går sedan igenom processerna för separation och rektifiering (separation av gasföroreningar). Tidigare ansågs detta tillvägagångssätt ekonomiskt omöjligt, men med teknikens utveckling har situationen förändrats. Förra året om hans planer på att börja producera helium-3 .
Ett antal länder planerar att bryta helium-3 på månen. Dess ytskikt innehåller upp till (Tabell 2) av detta ämne. Forskare uppskattar att resursen kommer att hålla i fem tusen år. NASA har redan börjat skapa som återvinner till helium-3. Utvecklingen av motsvarande mark- och måninfrastruktur håller på att genomföras и . Men det kommer inte att vara möjligt att implementera det i praktiken förrän 2030.
Ett annat sätt att förhindra brist på helium-3 är att hitta ett substitut för det vid tillverkning av neutronskannrar. Förresten, henne 2018 – det blev kristaller av zinksulfid och litium-6-fluorid. De gör det möjligt att registrera radioaktivt material med en noggrannhet som överstiger 90 %.
/ Foto CC BY-ND
Andra "kvantproblem".
Förutom heliumbristen finns det andra svårigheter som hämmar utvecklingen av kvantdatorer. Den första är bristen på hårdvarukomponenter. Det finns fortfarande få stora företag i världen som utvecklar "fyllning" för kvantmaskiner. Ibland måste företag vänta tills kylsystemet är tillverkat, .
Ett antal länder försöker lösa problemet genom statliga program. Sådana initiativ har redan lanserats i USA och Europa. Till exempel, nyligen i Nederländerna, med stöd av ekonomiministeriet, började Delft Circuits att fungera. Den producerar komponenter för kvantberäkningssystem.
En annan svårighet är bristen på specialister. Efterfrågan på dem växer, men att hitta dem är inte så lätt. Förbi NYT, det finns inte mer än tusen erfarna "kvantingenjörer" i världen. Ledande tekniska universitet löser problemet. Till exempel redan på MIT de första programmen för utbildning av specialister i att arbeta med kvantmaskiner. Utveckling av relevanta akademiska program och i American National Quantum Initiative.
I allmänhet är IT-experter övertygade om att problemen som skaparna av kvantdatorer står inför är helt överkomliga. Och i framtiden kan vi förvänta oss nya tekniska genombrott inom detta område.
Vad vi skriver om i den första bloggen om enterprise IaaS:
Källa: will.com