Önkoşulları konuşuyoruz ve uzman görüşleri alıyoruz.
/ Fotoğraf CC BY-ND
Kuantum bilgisayarlarda neden helyuma ihtiyaç duyulur?
Helyum kıtlığı durumunun hikayesine geçmeden önce ilk etapta kuantum bilgisayarların neden helyuma ihtiyaç duyduğundan bahsedelim.
Kuantum makineleri kübitler üzerinde çalışır. Klasik bitlerden farklı olarak, süperpozisyonda aynı anda 0 ve 1 durumlarında olabilirler. Bir bilgi işlem sisteminde, işlemler sıfır ve bir ile aynı anda gerçekleştirildiğinde kuantum paralelliği olgusu ortaya çıkar. Bu özellik, kübit tabanlı makinelerin, moleküler ve kimyasal reaksiyonların simüle edilmesi gibi bazı sorunları klasik bilgisayarlara göre daha hızlı çözmesine olanak tanıyor.
Ancak bir sorun var: Kübitler kırılgan nesnelerdir ve süperpozisyonu yalnızca birkaç nanosaniye boyunca koruyabilirler. Hafif bir sıcaklık dalgalanmasında bile bozulur; sözde . Kubit yıkımını önlemek için kuantum bilgisayarlar düşük sıcaklıklarda - 10 mK (-273,14°C). Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara ulaşmak için şirketler sıvı helyum veya daha doğrusu bir izotop kullanıyor Bu tür aşırı koşullar altında sertleşmeyen.
Sorun nedir
Yakın gelecekte BT endüstrisi, kuantum bilgisayarların geliştirilmesi için helyum-3 sıkıntısıyla karşı karşıya kalabilir. Dünya'da bu madde neredeyse hiçbir zaman doğal formunda bulunmaz - hacmi gezegenin atmosferindedir (Helyum-1,37'e göre 4 ppm). Helyum-3, üretimi trityumun bozunma ürünüdür. (ABD'deki son ağır su nükleer reaktörü kapatıldı). Daha sonra hizmet dışı bırakılan nükleer silahların bileşenlerinden trityum çıkarılmaya başlandı. ABD Kongre Araştırma Servisi'ne göre bu girişim, stratejik maddenin stokunu önemli ölçüde artırmadı. Rusya ve ABD'nin bir miktar rezervi var ama .
Durum, helyum-3'ün oldukça önemli bir kısmının, sınır kontrol noktalarında radyoaktif malzemeleri aramak için kullanılan nötron tarayıcılarının üretimine harcanması nedeniyle daha da kötüleşiyor. Nötron tarayıcısı 2000 yılından bu yana tüm ABD gümrük ofislerinde zorunlu bir araç olmuştur. Bu faktörlerin bir kısmı nedeniyle, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki helyum-3 arzı halihazırda kamu ve özel kuruluşlara kota uygulayan devlet kurumları tarafından kontrol ediliyor ve BT uzmanları, yakında herkese yetecek kadar helyum-3 bulunmayacağından endişe ediyor.
Ne kadar kötü?
Helyum-3 eksikliğinin kuantum gelişmelerini olumsuz etkileyeceğine inanılıyor. Kuantum bilgisayar üreticisi Rigetti Computing'in başkan yardımcısı Blake Johnson, MIT Tech Review ile röportajında Bu soğutucuyu elde etmek inanılmaz derecede zordur. Sorunlar, yüksek maliyeti nedeniyle daha da kötüleşiyor; bir soğutma ünitesini doldurmanın maliyeti 40 dolar.
Ancak başka bir kuantum girişimi olan D-Wave'in temsilcileri Blake'in görüşüne katılmıyor. İle Kuruluşun Başkan Yardımcısı, bir kuantum bilgisayarın üretimi için yalnızca az miktarda helyum-3 gerektiğini ve bu maddenin mevcut toplam hacmiyle karşılaştırıldığında önemsiz sayılabileceğini söyledi. Bu nedenle soğutucu akışkan sıkıntısı kuantum endüstrisi tarafından görülmeyecek.
Ayrıca helyum-3'ü elde etmek için trityum içermeyen başka yöntemler de günümüzde geliştirilmektedir. Bunlardan biri doğal gazdan izotopun çıkarılmasıdır. İlk önce düşük sıcaklıklarda derin yoğunlaşmaya uğrar ve ardından ayırma ve düzeltme (gaz safsızlıklarının ayrılması) süreçlerinden geçer. Daha önce bu yaklaşımın ekonomik açıdan mümkün olmadığı düşünülüyordu, ancak teknolojinin gelişmesiyle birlikte durum değişti. Geçen yıl helyum-3 üretmeye başlama planları hakkında .
Bazı ülkeler Ay'da helyum-3 madenciliği yapmayı planlıyor. Yüzey katmanı şunları içerir: (Tablo 2) bu maddenin. Bilim insanları kaynağın beş bin yıl dayanacağını tahmin ediyor. NASA zaten yaratmaya başladı bu geri dönüşüm helyum-3'e. İlgili karasal ve ay altyapısının geliştirilmesi yürütülmektedir. и . Ancak bunu pratikte hayata geçirmek 2030 yılına kadar mümkün olmayacak.
Helyum-3 kıtlığını önlemenin bir başka yolu da nötron tarayıcılarının üretiminde onun yerine geçecek bir madde bulmaktır. Bu arada, ona 2018'de çinko sülfür ve lityum-6 florür kristalleri haline geldi. Radyoaktif maddelerin %90'ı aşan bir doğrulukla kaydedilmesini mümkün kılarlar.
/ Fotoğraf CC BY-ND
Diğer "kuantum" problemleri
Helyum kıtlığının yanı sıra kuantum bilgisayarların gelişimini engelleyen başka zorluklar da var. Birincisi donanım bileşenlerinin eksikliği. Dünyada kuantum makineleri için "doldurma" geliştiren çok az sayıda büyük işletme var. Bazen firmalar soğutma sistemi üretilene kadar beklemek zorunda kalıyor, .
Bazı ülkeler sorunu hükümet programları aracılığıyla çözmeye çalışıyor. Bu tür girişimler halihazırda ABD ve Avrupa'da başlatıldı. Örneğin yakın zamanda Hollanda'da Ekonomi Bakanlığı'nın desteğiyle Delft Circuits faaliyete geçti. Kuantum hesaplama sistemleri için bileşenler üretir.
Bir diğer zorluk ise uzman eksikliğidir. Onlara olan talep artıyor ama onları bulmak o kadar kolay değil. İle NYT, dünyada binden fazla tecrübeli “kuantum mühendisi” yok. Önde gelen teknik üniversiteler sorunu çözüyor. Örneğin, zaten MIT'de Kuantum makineleriyle çalışma konusunda uzman yetiştirmek için ilk programlar. İlgili akademik programların geliştirilmesi ve Amerikan Ulusal Kuantum Girişimi'nde.
Genel olarak BT uzmanları, kuantum bilgisayar yaratıcılarının karşılaştığı sorunların tamamen aşılabilir olduğuna inanıyor. Gelecekte bu alanda yeni teknolojik atılımlar bekleyebiliriz.
Kurumsal IaaS hakkındaki ilk blogda yazdıklarımız:
Kaynak: habr.com