Розповідаємо про передумови та наводимо думки експертів.
/ фото CC BY-ND
Навіщо потрібний гелій у квантових комп'ютерах
Перш ніж перейти до розповіді про ситуацію з нестачею гелію, поговоримо про те, навіщо квантовим комп'ютерам потрібний гелій.
Квантові машини оперують кубитами. Вони, на відміну класичних бітів, можуть перебувати в станах 0 і 1 одночасно — в суперпозиції. У обчислювальній системі виникає явище квантового паралелізму, коли операції виробляються одночасно з нулем та одиницею. Ця особливість дозволяє машинам на основі кубитів вирішувати деякі завдання швидше за класичні комп'ютери — наприклад, моделювати молекулярні та хімічні реакції.
Але тут є проблема: кубити — об'єкти тендітні і підтримувати суперпозицію вони можуть лише кілька наносекунд. Її порушує навіть невелике коливання температури, відбувається так звана . Щоб уникнути руйнування кубитів, квантовим комп'ютерам. в умовах низьких температур - 10 мК (-273,14 ° C). Для досягнення температур, близьких до абсолютного нуля, компанії використовують рідкий гелій, а точніше, ізотоп , який не твердне у таких екстремальних умовах.
В чому проблема
В найближчому майбутньому ІТ-індустрія може зіткнутися з нестачею гелію-3 розробки квантових комп'ютерів. На Землі ця речовина практично не зустрічається в природному вигляді - її обсяг в атмосфері планети (1,37 частин на мільйон по відношенню до гелію-4). Гелій-3 є продуктом розпаду тритію, виробництво якого (у США закрили останній важководний ядерний реактор). Після тритій почали видобувати з компонентів списаного ядерного озброєння, але з Дослідницька служба Конгресу США, ця ініціатива не дозволила значно збільшити запаси стратегічної речовини. У Росії та США є деякі його запаси, але .
Ситуацію посилює той факт, що досить значна частина гелію-3 йде на виробництво нейтронних сканерів, що використовуються на прикордонних пунктах для пошуку радіоактивних матеріалів. Нейтронний сканер є обов'язковим інструментом всіх американських митницях з 2000 року. Через низку цих факторів у США постачання гелію-3 вже контролюються урядовими органами, які видають квоти державним та приватним організаціям, і ІТ-експерти турбуються, що незабаром на всіх охочих гелію-3 почне бракувати.
Наскільки все погано
Є думка, що нестача гелію-3 вплине на квантові розробки. Блейк Джонсон (Blake Johnson), віце-президент компанії-виробника квантових комп'ютерів Rigetti Computing в інтерв'ю MIT Tech Review , Що холодоагент неймовірно важко дістати. Проблеми ускладнює його висока вартість — на заповнення однієї холодильної установки йде 40 тис. доларів.
Але представники D-Wave, іншого квантового стартапу, не згодні з думкою Блейка. за віце-президента організації, на виробництво одного квантового комп'ютера йде лише невелика кількість гелію-3, яку можна назвати незначною порівняно із загальним доступним обсягом речовини. Тому дефіцит холодоагенту буде непомітним для квантової промисловості.
Плюс сьогодні опрацьовуються інші методи видобутку гелію-3, які не пов'язані з тритієм. Один із них — видобуток ізотопу з природного газу. Спочатку він піддається глибокій конденсації при знижених температурах, а потім проходить через процеси сепарації та ректифікації (відділення газових домішок). Раніше цей підхід вважався економічно недоцільним, але з розвитком технологій ситуація змінилася. Минулого року про свої плани розпочати видобуток гелію-3 .
Низка країн будує плани з видобутку гелію-3 на Місяці. У її поверхневому шарі міститься до (таб. 2) цієї речовини. За оцінками вчених, ресурсу вистачить п'ять тисячоліть. У НАСА вже почали створювати , які переробляють у гелій-3. Розробкою відповідної земної та місячної інфраструктури займаються и . Але реалізувати її практично вдасться не раніше 2030 року.
Ще один спосіб запобігти дефіциту гелію-3 — знайти для нього заміну при виробництві нейтронних сканерів. До речі, її 2018 року — їй стали кристали сульфіду цинку та фториду літію-6. Вони дозволяють реєструвати радіоактивні матеріали з точністю понад 90%.
/ фото CC BY-ND
Інші «квантові» проблеми
Крім дефіциту гелію, є інші труднощі, які перешкоджають розвитку квантових комп'ютерів. Перша - нестача апаратних компонентів. У світі поки що мало великих підприємств, які займаються розробкою «начинки» для квантових машин. Іноді компаніям доводиться чекати, поки виготовлять систему охолодження, .
Низка країн намагається вирішити проблему за рахунок державних програм. Такі ініціативи вже запущені у США та Європі. Наприклад, нещодавно в Нідерландах за підтримки Міністерства економіки запрацювала компанія Delft Circuits. Вона займається виробництвом компонентів для квантових обчислювальних систем.
Ще одна складність - нестача фахівців. Попит на них зростає, проте знайти їх не так просто. за NYT, досвідчених "квантових інженерів" у світі не більше тисячі. Проблему вирішують провідні технічні університети. Наприклад, у MIT вже перші програми для навчання фахівців із роботи з квантовими машинами. Розробкою відповідних академічних програм та в американській National Quantum Initiative.
Загалом ІТ-експерти переконані, що проблеми, які стоять перед творцями квантових комп'ютерів, цілком переборні. І в майбутньому очікується нових технологічних проривів у цій галузі.
Про що ми пишемо в першому блозі про корпоративний IaaS:
Джерело: habr.com