เราพูดคุยเกี่ยวกับข้อกำหนดเบื้องต้นและแสดงความคิดเห็นจากผู้เชี่ยวชาญ
/ รูปถ่าย CC BY-ND
เหตุใดฮีเลียมจึงจำเป็นในคอมพิวเตอร์ควอนตัม
ก่อนที่จะพูดถึงสถานการณ์การขาดแคลนฮีเลียม เรามาพูดถึงสาเหตุที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องการฮีเลียมเป็นอันดับแรก
เครื่องควอนตัมทำงานบนคิวบิต พวกมันต่างจากบิตคลาสสิกตรงที่สามารถอยู่ในสถานะ 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน - ในการซ้อนทับ ในระบบคอมพิวเตอร์ ปรากฏการณ์ความเท่าเทียมของควอนตัมเกิดขึ้นเมื่อดำเนินการพร้อมกันโดยมีศูนย์และหนึ่ง คุณสมบัตินี้ช่วยให้เครื่องจักรที่ใช้ Qubit สามารถแก้ไขปัญหาบางอย่างได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม เช่น การจำลองปฏิกิริยาระดับโมเลกุลและเคมี
แต่มีปัญหาคือ คิวบิตเป็นวัตถุที่เปราะบางและสามารถรักษาตำแหน่งซ้อนทับได้เพียงไม่กี่วินาทีเท่านั้น มันถูกรบกวนด้วยความผันผวนของอุณหภูมิเล็กน้อย ที่เรียกว่า . เพื่อหลีกเลี่ยงการทำลายควิบิต คอมพิวเตอร์ควอนตัม ที่อุณหภูมิต่ำ - 10 mK (-273,14°C) เพื่อให้มีอุณหภูมิใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ บริษัทต่างๆ จะใช้ฮีเลียมเหลว หรือที่เรียกให้เจาะจงกว่านั้นคือไอโซโทป ซึ่งไม่แข็งตัวภายใต้สภาวะที่รุนแรงเช่นนี้
อะไรคือปัญหา
ในอนาคตอันใกล้นี้ อุตสาหกรรมไอทีอาจเผชิญกับการขาดแคลนฮีเลียม-3 สำหรับการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม บนโลกสารนี้แทบไม่เคยพบในรูปแบบตามธรรมชาติเลย - ปริมาตรของมันอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลก (1,37 ppm เทียบกับฮีเลียม-4) ฮีเลียม-3 เป็นผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของไอโซโทปซึ่งเกิดจากการผลิต (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์น้ำหนักหนักเครื่องสุดท้ายถูกปิดในสหรัฐอเมริกา) หลังจากนั้นไอโซโทปก็เริ่มถูกสกัดออกมาจากส่วนประกอบของอาวุธนิวเคลียร์ที่ปลดประจำการแล้วแต่ ตามรายงานของ US Congressional Research Service ความคิดริเริ่มนี้ไม่ได้เพิ่มคลังข้อมูลเชิงกลยุทธ์อย่างมีนัยสำคัญ รัสเซียและสหรัฐอเมริกาก็มีทุนสำรองอยู่บ้างแต่ .
สถานการณ์เลวร้ายลงจากความจริงที่ว่าฮีเลียม-3 ส่วนสำคัญพอสมควรถูกใช้ไปในการผลิตเครื่องสแกนนิวตรอนที่ใช้ที่จุดตรวจชายแดนเพื่อค้นหาวัสดุกัมมันตภาพรังสี เครื่องสแกนนิวตรอนเป็นเครื่องมือบังคับของสำนักงานศุลกากรสหรัฐฯ ทุกแห่งมาตั้งแต่ปี 2000 เนื่องจากปัจจัยหลายประการเหล่านี้ อุปทานของฮีเลียม-3 ในสหรัฐอเมริกาจึงถูกควบคุมโดยหน่วยงานรัฐบาลที่ออกโควต้าให้กับองค์กรภาครัฐและเอกชน และผู้เชี่ยวชาญด้านไอทีกังวลว่าเร็วๆ นี้จะมีฮีเลียม-3 ไม่เพียงพอสำหรับทุกคน
มันแย่แค่ไหน?
เชื่อกันว่าการขาดแคลนฮีเลียม-3 จะส่งผลเสียต่อการพัฒนาควอนตัม Blake Johnson รองประธานของผู้ผลิตคอมพิวเตอร์ควอนตัม Rigetti Computing ในการให้สัมภาษณ์กับ MIT Tech Review สารทำความเย็นนั้นหาได้ยากอย่างไม่น่าเชื่อ ปัญหายิ่งทวีความรุนแรงขึ้นด้วยต้นทุนที่สูง โดยต้องใช้เงิน 40 ดอลลาร์สหรัฐฯ ในการเติมตู้เย็นหนึ่งเครื่อง
แต่ตัวแทนจาก D-Wave ซึ่งเป็นบริษัทสตาร์ทอัพควอนตัมอีกรายหนึ่ง ไม่เห็นด้วยกับความคิดเห็นของ Blake โดย รองประธานขององค์กร การผลิตคอมพิวเตอร์ควอนตัมหนึ่งเครื่องต้องใช้ฮีเลียม-3 จำนวนเล็กน้อยเท่านั้น เรียกได้ว่าไม่มีนัยสำคัญเลยเมื่อเทียบกับปริมาตรของสารที่มีอยู่ทั้งหมด ดังนั้นการขาดแคลนสารทำความเย็นจะไม่ปรากฏให้เห็นในอุตสาหกรรมควอนตัม
นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาวิธีการอื่นๆ ในการสกัดฮีเลียม-3 ที่ไม่เกี่ยวข้องกับไอโซโทปในปัจจุบัน หนึ่งในนั้นคือการสกัดไอโซโทปจากก๊าซธรรมชาติ ขั้นแรก ผ่านการควบแน่นลึกที่อุณหภูมิต่ำ จากนั้นจึงผ่านกระบวนการแยกและแก้ไข (การแยกก๊าซเจือปน) ก่อนหน้านี้แนวทางนี้ถือว่าไม่สามารถทำได้ในเชิงเศรษฐกิจ แต่ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีทำให้สถานการณ์เปลี่ยนไป ปีที่แล้วเกี่ยวกับแผนการของเขาที่จะเริ่มผลิตฮีเลียม-3 .
หลายประเทศกำลังวางแผนขุดฮีเลียม-3 บนดวงจันทร์ ชั้นผิวประกอบด้วยถึง (ตารางที่ 2) ของสารนี้ นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าทรัพยากรจะมีอายุการใช้งานห้าพันปี NASA ได้เริ่มสร้างแล้ว รีไซเคิลนั้น ไปจนถึงฮีเลียม-3 กำลังดำเนินการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดินและดวงจันทร์ที่สอดคล้องกัน и . แต่จะไม่สามารถนำไปปฏิบัติได้จริงจนกว่าจะถึงปี 2030
อีกวิธีหนึ่งในการป้องกันการขาดแคลนฮีเลียม-3 คือการค้นหาสิ่งทดแทนในการผลิตเครื่องสแกนนิวตรอน โดยวิธีการที่เธอ ในปี 2018 - กลายเป็นผลึกของซิงค์ซัลไฟด์และลิเธียม-6 ฟลูออไรด์ ทำให้สามารถลงทะเบียนวัสดุกัมมันตภาพรังสีได้อย่างแม่นยำเกิน 90%
/ รูปถ่าย CC BY-ND
ปัญหา "ควอนตัม" อื่น ๆ
นอกจากการขาดแคลนฮีเลียมแล้ว ยังมีปัญหาอื่นๆ ที่ขัดขวางการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมอีกด้วย ประการแรกคือการขาดส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ ยังคงมีองค์กรขนาดใหญ่เพียงไม่กี่แห่งในโลกที่พัฒนา "การเติม" สำหรับเครื่องควอนตัม บางครั้งบริษัทต้องรอจนกว่าจะมีการผลิตระบบทำความเย็น .
หลายประเทศกำลังพยายามแก้ไขปัญหาผ่านโครงการของรัฐบาล โครงการริเริ่มดังกล่าวได้เปิดตัวแล้วในสหรัฐอเมริกาและยุโรป ตัวอย่างเช่น เมื่อเร็ว ๆ นี้ในเนเธอร์แลนด์ ด้วยการสนับสนุนของกระทรวงเศรษฐศาสตร์ Delft Circuits ได้เริ่มดำเนินการ ผลิตส่วนประกอบสำหรับระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัม
ปัญหาอีกประการหนึ่งคือการขาดผู้เชี่ยวชาญ ความต้องการพวกมันเพิ่มขึ้น แต่การค้นหาพวกมันไม่ใช่เรื่องง่าย โดย NYT มี "วิศวกรควอนตัม" ที่มีประสบการณ์ไม่เกินพันคนในโลก มหาวิทยาลัยเทคนิคชั้นนำกำลังแก้ไขปัญหานี้ เช่น ที่ MIT อยู่แล้ว โปรแกรมแรกสำหรับฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญด้านการทำงานกับเครื่องควอนตัม การพัฒนาหลักสูตรวิชาการที่เกี่ยวข้อง และในโครงการริเริ่มควอนตัมแห่งชาติของอเมริกา
โดยทั่วไป ผู้เชี่ยวชาญด้านไอทีเชื่อมั่นว่าปัญหาที่ผู้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องเผชิญนั้นสามารถแก้ไขได้อย่างสมบูรณ์ และในอนาคตเราสามารถคาดหวังความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีใหม่ ๆ ในด้านนี้ได้
สิ่งที่เราเขียนในบล็อกแรกเกี่ยวกับ IaaS ระดับองค์กร:
ที่มา: will.com